КАРТРИДЖИ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ НАПИТКОВ
CARTRIDGES FOR PREPARATION OF BEVERAGES

Область техники, к которой относится настоящее изобретение
Настоящее изобретение относится к картриджам для приготовления напитков, в частности, к картриджам, содержащим один или несколько ингредиентов для приготовления напитков.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
Бытовые кофеварки с фильтрами получили широкое распространение с 1960-х годов. После появления первых кофеварок с фильтрами их конструкция существенно изменилась, и они стали неотъемлемым атрибутом кухонного оборудования многих домохозяйств. Некоторые такие кофеварки разливают отмеренные порции напитка непосредственно в чашки; при этом напиток может быть получен из ингредиента, засыпаемого навалом, или с использованием отдельных упаковок с ингредиентом, таких как кофейные таблетки, капсулы или картриджи. В последующем описании такие упаковки будут называться собирательным термином «картриджи». Кофеварки, в которых используются такие картриджи, не нужно чистить; при этом пользователь имеет возможность выбора напитка. Пример системы, в которой используются такие картриджи, описан в патенте ЕР-А-1440903. Напиток может быть получен путем варки, перемешивания, растворения или удержания его ингредиента во взвешенном состоянии в воде. Например, для приготовления кофейного напитка нагретая вода пропускается через картридж для получения насыщенного раствора. Использование картриджей в таких кофеварках получает все более широкое распространение благодаря удобству их применения и качеству получаемого напитка.
Для приготовления полного спектра кофейных напитков в домашних условиях пользователю требуется не только устройство для варки напитков высокого качества, таких как заварной кофе или чай, но и средства приготовления пенных напитков или их компонентов. Это необходимо, например, для приготовления такого напитка, как капучино. Обычно молочную пену в кофейнях получают с помощью струи пара, направляемой в емкость с жидким молоком. Этот метод по-прежнему остается основным способом получения молочной пены в заведениях общепита. Однако в домашних условиях использовать пароструйное оборудование затруднительно, поскольку при ненадлежащем использовании оно может представлять опасность; и кроме того, его сложно очищать. Этот недостаток особенно ярко проявляется в устройствах, использующих молоко, которые требуют тщательной очистки во избежание загрязнения.
Пример картриджа, используемого в устройстве для приготовления напитков, который выполнен с возможностью получения молочной пены из сгущенного жидкого молочного продукта, описан в патенте ЕР-А-1716055. Молочная пена образуется в картридже за счет вовлечения воздуха в поток молока, образуемый в процессе смешивания воды со сгущенным жидким молочным продуктом в картридже. Это достигается за счет пропускания получаемого таким образом напитка через эжектор в картридже. Эжектор содержит отверстие, образующее сужение в проточной части, выполненное с возможностью формирования струи напитка с последующим снижением его давления. Струя напитка выходит из сужения и проходит через воздуховпускное отверстие, сохраняя давление на уровне ниже атмосферного, что инициирует вовлечение воздуха в напиток, вследствие чего он вспенивается. Молочная пена, получаемая в таких картриджах, позволяет легко и без использования пароструйного оборудования, потенциально опасного и трудно поддающегося очистке, приготовить в домашних условиях напиток, такой как капучино, который ничем не уступает напиткам, подаваемым в кофейнях.
Пенные напитки могут также готовиться с использованием картриджей этого типа, содержащих растворимые и порошкообразные ингредиенты, например, шоколадный порошок для приготовления горячего шоколадного напитка или сухое молоко для приготовления напитка типа капучино. Однако при использовании этих картриджей с растворимыми, порошкообразными и жидкими ингредиентами возникает ряд специфических проблем.
Следует надлежащим образом смешать ингредиент напитка с водой, впрыскиваемой в картридж, чтобы получить однородный напиток, содержащий требуемое количество ингредиента. Неправильное смешивание может привести к осаждению некоторого количества ингредиента в камере или к образованию комков этого ингредиента в напитке. Кроме того, комки такого рода могут забивать сужение в эжекторе, препятствуя образованию струи напитка, проходящей через этот канал. Это может вызвать нежелательное противодавление в картридже за сужением, приводящее к разделению или иным поломкам картриджа и/или к нарушению надлежащего функционирования эжектора путем блокирования прохождения струи напитка. Следует также иметь в виду, что масса растворимого напитка может включать в себя небольшое количество нерастворимого продукта (например, содержащегося в шоколадном порошке) или твердых частиц ингредиентов растворимого напитка (например, частиц сухого молока), которые могут неполностью растворяться в воде. Эти частицы могут точно так же блокировать сужение.
По этим причинам необходимо управлять потоком напитка в картридже с тем, чтобы обеспечить надлежащее перемешивание и распределение давления в напитке, а также его вспенивание.
Соответственно, существует потребность в картридже для приготовления напитков, который обеспечивал бы правильное смешивание ингредиентов напитка, гарантировал бы надлежащее прохождение потока воды в картридже и предотвращал бы возникновение нежелательного противодавления при наличии сужения в проточной части, предназначенного для вспенивания напитка.
Следует понимать, что термин «картридж» в контексте настоящего документа обозначает капсулу, таблетку, упаковку или контейнер, в котором содержится один или несколько ингредиентов напитка согласно описанию, представленному выше, и который пригоден для использования в устройстве для приготовления напитка. В картридже может содержаться один компонент или эквивалент множества компонентов. В предпочтительном варианте картридж выполнен с возможностью выдачи отдельных порций напитка. Картридж может представлять собой жесткое, полужесткое или гибкое устройство. Впускное и выпускное отверстия картриджа могут быть открытыми или вскрываться при использовании путем, например, прокола.
В последующем описании термины «верхний» и «нижний», равно как и их эквиваленты, будут использоваться для описания относительного расположения признаков настоящего изобретения. Следует понимать, что термины «верхний» и «нижний», равно как и их эквиваленты, относятся к картриджу (или иным компонентам) в нормальной ориентации для вставки в устройство для приготовления напитков и последующего разлива. В частности, термины «верхний» и «нижний» относятся, соответственно, к относительному положению ближе к закрытой верхней части (29) картриджа или дальше от нее. Кроме того, для описания относительного расположения признаков настоящего изобретения будут использованы термины «внутренний» и «внешний», равно как и их эквиваленты. Следует понимать, что термины «внутренний» и «внешний», равно как и их эквиваленты, относятся к относительному положению в картридже (или иных компонентах), соответственно, ближе к центральной или главной оси картриджа (1) (или иного компонента) или дальше от указанной оси.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложен картридж для приготовления напитка; при этом указанный картридж герметизируется перед использованием и содержит один или несколько ингредиентов напитка; при этом указанный картридж пригоден для приема водной среды в процессе использования, которая может входить в контакт с одним или несколькими ингредиентами для получения напитка, который может выходить из картриджа; при этом указанный картридж состоит из следующих элементов:
- корпуса, задающего камеру для приготовления напитка, в которой содержится один или несколько ингредиентов напитка;
- первого фильтра, задающего выход из камеры для ингредиентов напитка;
- второго фильтра на выходе первого фильтра, отстоящего от него на определенное расстояние; и
- сужения на выходе второго фильтра;
таким образом, что в процессе использования напиток, получаемый из одного или нескольких ингредиентов, проходит по порядку через первый фильтр, второй фильтр и сужение.
В контексте настоящего изобретения предполагается, что ссылка на «один или несколько ингредиентов напитка» и «ингредиент/ингредиенты напитка» относится к одному или нескольким ингредиентам, пригодным для приготовления напитка. «Один или несколько ингредиентов напитка» и «ингредиент/ингредиенты напитка» могут представлять собой одно вещество или образовывать композицию напитка, состоящую из двух и более веществ. Если из контекста явно не следует иное, то предполагается, что ссылки на «ингредиент напитка» в единственном числе включают в себя и множественное число и наоборот.
Первый фильтр может включать в себя стенку первого фильтра, а второй фильтр может включать в себя стенку второго фильтра.
Каждый из фильтров - как первый фильтр, так и второй - представляет собой жесткий элемент, характеризующийся наличием множества выполненных в нем фильтрующих отверстий.
Первый фильтр может охватывать второй фильтр.
Первый фильтр и второй фильтр могут располагаться концентрически.
Первый фильтр может представлять собой первый трубчатый элемент с множеством выполненных в нем первых фильтрующих отверстий, а второй фильтр может представлять собой второй трубчатый элемент с множеством выполненных в нем вторых фильтрующих отверстий. Второй трубчатый элемент может располагаться внутри первого трубчатого элемента.
Картридж может дополнительно содержать отводящий патрубок, представляющий собой канал, по которому напиток - в процессе приготовления - подается на выпускное отверстие картриджа. Отводящий патрубок может охватываться первым и вторым фильтрами. Направление потока напитка, поступающего в процессе приготовления из второго фильтра в сужение, может быть противоположным направлению потока напитка, который во время приготовления вытекает по отводящему патрубку.
Впускное отверстие картриджа может быть выполнено или пробито в процессе приготовления напитка на окружности или вблизи окружности капсулы.
Картридж может быть выполнен с возможностью направления водной среды, поступающей в камеру для ингредиентов напитка, таким образом, чтобы указанная водная среда циркулировала в первом фильтре.
Камера для ингредиентов напитка может быть круговой с первым фильтром, образующим, по меньшей мере, часть внутренней поверхности круговой камеры для ингредиентов напитка. Корпус картриджа может быть выполнен с возможностью направления водной среды, поступающей в камеру для ингредиентов напитка, под углом свыше 45°, а в предпочтительном варианте - под углом 90° к радиальному направлению круговой камеры для ингредиентов напитка, таким образом, чтобы водная среда циркулировала в круговой камере для ингредиентов напитка. Может быть предусмотрено одно или несколько расположенных под углом впускных отверстий в круговую камеру для ингредиентов напитка.
Локальная толщина слоя ингредиента напитка может превышать локальную ширину слоя ингредиента напитка в 1,5-2,2 раза, а в предпочтительном варианте - примерно в два раза.
Выпускное отверстие картриджа может быть выполнено или пробито в процессе приготовления напитка вблизи центра или по центру капсулы.
Картридж может иметь форму диска.
Впускное отверстие картриджа может быть выполнено заранее или пробито в процессе приготовления напитка; при этом выпускное отверстие картриджа также может быть выполнено заранее на той же поверхности картриджа или пробито в процессе приготовления напитка. Указанная поверхность может представлять собой нижнюю поверхность картриджа, который установлен в устройстве для приготовления напитка, находящегося в состоянии готовности к розливу напитка.
Первый фильтр может содержать множество первых фильтрующих отверстий, а второй фильтр может содержать множество вторых фильтрующих отверстий; при этом критический размер первых фильтрующих отверстий может превышать критический размер вторых фильтрующих отверстий.
Первый фильтр и/или второй фильтр могут содержать фильтрующие отверстия в виде вытянутых прорезей, выполненных в соответствующих жестких стенках, непроницаемых в остальной части. Вытянутые прорези могут отходить от открытого конца соответствующей стенки.
Корпус может представлять собой элемент чашеобразной формы, заключающий в себе первый фильтр и второй фильтр; при этом открытый конец чашеобразного корпуса герметизируется крышкой.
Первый фильтр и/или второй фильтр могут содержать фильтрующие отверстия в виде вытянутых прорезей, выполненных в соответствующих жестких стенках, непроницаемых в остальной части; при этом вытянутые прорези доходят до крышки.
Первый фильтр и второй фильтр могут образовывать часть внутреннего элемента, расположенного внутри чашеобразного элемента. Первый фильтр и второй фильтр могут быть выполнены в виде цельных отливок из полимерного материала.
Сужение на выходе второго фильтра может характеризоваться размерами и/или формой, обеспечивающими образование струи напитка при его прохождении через указанный канал.
Картридж может дополнительно содержать воздуховпускное отверстие, располагаемое вблизи сужения и за ним таким образом, чтобы через указанное отверстие могла пройти струя напитка.
Картридж может дополнительно содержать:
- второе сужение на выходе фильтра;
при этом картридж содержит первую проточную часть между вторым фильтром и первым сужением и вторую проточную часть между вторым фильтром и вторым сужением;
при этом первое и второе сужения выполнены таким образом, чтобы в процессе приготовления напитка первая струя напитка выходила из первого сужения, а вторая струя напитка выходила из второго сужения; при этом первое и второе сужения выполнены таким образом, чтобы обеспечить столкновение первой и второй струй напитка.
Первое и второе сужения могут располагаться напротив друг друга таким образом, чтобы первая и вторая струи напитка сталкивались друг с другом по существу фронтально («лоб в лоб»).
Воздуховпускное отверстие может располагаться вблизи каждого сужения и на его выходе таким образом, чтобы через указанное отверстие могла пройти каждая струя напитка.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения предложен картридж для приготовления напитка; при этом указанный картридж герметизируется перед использованием и содержит один или несколько ингредиентов напитка; при этом указанный картридж пригоден для приема в процессе использования водной среды, которая может входить в контакт с одним или несколькими ингредиентами для получения напитка, который может выходить из картриджа; при этом указанный картридж состоит из следующих элементов:
- корпуса, задающего камеру для приготовления напитка, в которой содержится один или несколько ингредиентов напитка;
- фильтра, задающего выход из камеры для ингредиентов напитка; и
- первого сужения и второго сужения на выходе фильтра;
при этом картридж содержит первую проточную часть между фильтром и первым сужением и вторую проточную часть между фильтром и вторым сужением;
при этом первое и второе сужения выполнены таким образом, чтобы в процессе приготовления напитка первая струя напитка выходила из первого сужения, а вторая струя напитка выходила из второго сужения; при этом первое и второе сужения выполнены таким образом, чтобы обеспечить столкновение первой и второй струй напитка.
Первое и второе сужения могут располагаться напротив друг друга таким образом, чтобы первая и вторая струи напитка сталкивались друг с другом по существу фронтально («лоб в лоб»).
Воздуховпускное отверстие может располагаться вблизи каждого сужения и на его выходе таким образом, чтобы через указанное отверстие могла пройти каждая струя напитка.
Фильтр может характеризоваться наличием стенки.
Фильтр может представлять собой жесткий элемент, снабженный множеством выполненных в нем отверстий.
Фильтр может представлять собой трубчатый элемент, снабженный множество выполненных в нем фильтрующих отверстий.
Картридж может дополнительно содержать отводящий патрубок, представляющий собой канал, по которому напиток - в процессе приготовления - подается на выпускное отверстие картриджа.
Фильтр может охватывать отводящий патрубок.
В процессе приготовления направление потока напитка, поступающего из фильтра в сужение, может быть противоположным направлению потока напитка, который во время приготовления вытекает по отводящему патрубку.
Впускное отверстие картриджа может быть выполнено или пробито в процессе приготовления напитка на окружности или вблизи окружности капсулы.
Картридж может быть выполнен с возможностью направления водной среды, поступающей в камеру для ингредиентов напитка, таким образом, чтобы указанная водная среда циркулировала в фильтре.
Камера для ингредиентов напитка может быть круговой и характеризоваться наличием фильтра, образующего, по меньшей мере, часть внутренней поверхности круговой камеры для ингредиентов напитка.
Корпус картриджа может быть выполнен с возможностью направления водной среды, поступающей в камеру для ингредиентов напитка, под углом свыше 45°, а в предпочтительном варианте - под углом 90° к радиальному направлению круговой камеры для ингредиентов напитка, таким образом, чтобы водная среда циркулировала в круговой камере для ингредиентов напитка. Может быть предусмотрено одно или несколько расположенных под углом впускных отверстий в круговую камеру для ингредиентов напитка.
Локальная толщина слоя ингредиента напитка может превышать локальную ширину слоя ингредиента напитка в 1,5-2,2 раза, а в предпочтительном варианте - примерно в два раза.
Выпускное отверстие картриджа может быть выполнено или пробито в процессе приготовления напитка вблизи центра или по центру капсулы.
Картридж может иметь форму диска.
Впускное отверстие картриджа может быть выполнено заранее или пробито в процессе приготовления напитка; при этом выпускное отверстие картриджа также может быть выполнено заранее на той же поверхности картриджа или пробито в процессе приготовления напитка. Указанная поверхность может представлять собой нижнюю поверхность картриджа, который установлен в устройстве для приготовления напитка, находящегося в состоянии готовности к розливу напитка.
Фильтр может содержать фильтрующие отверстия в виде вытянутых прорезей, выполненных в жестко стенке, непроницаемой в остальной части.
Вытянутые прорези могут отходить от открытого конца стенки.
Корпус может представлять собой элемент чашеобразной формы, заключающий в себе фильтр; при этом открытый конец чашеобразного корпуса герметизируется крышкой.
Фильтр может содержать фильтрующие отверстия в виде вытянутых прорезей, выполненных в жесткой стенке, непроницаемой в остальной части; при этом вытянутые прорези доходят до крышки.
Фильтр может составлять часть внутреннего элемента, расположенного внутри чашеобразного элемента.
Фильтр может быть выполнен в виде цельной отливки из полимерного материала.
В любом из аспектов настоящего изобретения первый фильтр может содержать множество первых фильтрующих отверстий, а второй фильтр, если таковой предусмотрен, может содержать множество вторых фильтрующих отверстий; при этом критический размер (т.е. наименьший возможный размер, например, ширина) первых и/или вторых фильтрующих отверстий может составлять 0,4-0,6 мм, предпочтительно - 0,5 мм.
В любом из аспектов настоящего изобретения картридж может иметь дискообразную форму с центральной продольной осью; при этом выпускное отверстие картриджа может быть ориентировано в направлении выхода напитка в процессе его приготовления, т.е. по существу параллельно продольной оси; и при этом первый фильтр и второй фильтр могут быть ориентированы таким образом, чтобы напиток, проходящий через первый фильтр и второй фильтр, протекал между первым фильтром и вторым фильтром в направлении, по существу перпендикулярном продольной оси.
В любом из аспектов настоящего изобретения один или несколько ингредиентов напитка могут представлять собой один или несколько растворимых ингредиентов напитка. Один или несколько ингредиентов напитка могут представлять собой один или несколько порошкообразных ингредиентов напитка. Один или несколько ингредиентов напитка могут представлять собой нерастворимые или частично растворимые ингредиенты напитка, например, частицы какао-порошка.
Ниже будут изложены дополнительные аспекты настоящего изобретения, которые могут относиться или к первому и второму аспектам, описанным выше, взятым по отдельности или вместе, или - в альтернативном варианте - к другим картриджам, которые не обязательно должны характеризоваться всеми признаками первого или второго аспекта.
В еще одном из аспектов настоящего изобретения канал перед каждым сужением или каждое сужение может быть выполнено с возможностью предотвращения осаждения нерастворенного или частично растворенного ингредиента напитка. Эта конфигурация может предусматривать формирование гладкого канала перед каждым сужением - в частности, участка канала непосредственно перед сужением - таким образом, чтобы он не имел застойных зон, острых углов или резких вгибов.
В еще одном из аспектов настоящего изобретения камера для ингредиентов напитка может содержать одну или несколько перегородок, предназначенных для разграничения двух и более зон в камере для ингредиентов напитка, в каждой из которых содержится один или несколько ингредиентов напитка. В предпочтительном варианте одна или несколько перегородок отходят от первого фильтра в направлении корпуса картриджа. Одна или несколько перегородок могут быть планарными; при этом они могут быть ориентированы в корпусе в радиальном направлении. В альтернативном варианте одна или несколько перегородок могут характеризоваться изогнутой формой.
Одна или несколько перегородок могут отходить от расположенного по центру первого фильтра и доходить до стенки, охватывающей корпус, тем самым полностью отделяя одну зону от другой в пределах камеры для ингредиентов напитка. Каждая отдельная зона содержит, по меньшей мере, одно впускное отверстие, обеспечивающее поступление в эту зону водной среды, и, по меньшей мере, часть первого фильтра, обеспечивающую выход напитка из этой зоны.
В одном из примеров предусмотрено четыре перегородки.
Преимущество разделения камеры для ингредиентов напитка на две и более зоны заключается в том, что это способствует растворению одного или нескольких ингредиентов напитка за счет того, что перемешивания водной среды и ингредиентов напитка фокусируется в основных зонах и изменяется характер движения потока.
В еще одном из аспектов настоящего изобретения проточная часть между фильтром/фильтрами и сужением/сужениями может быть выполнена в виде спирального элемента. Например, спиральные наклонные элементы могут располагаться в кольцевом пространстве между последним фильтром (вторым фильтром, если таковой предусмотрен, или первым фильтром, если предусмотрен всего один фильтр) и цилиндрической трубкой; при этом поток напитка проталкивается через кольцевое пространство по направлению к сужению/сужениям. Спиральные наклонные элементы заставляют напиток обтекать цилиндрическую трубку по спирали, создавая дополнительные перемешивающие завихрения и закручивая поток напитка. Преимуществом является то, что такой характер течения может способствовать разрушению небольших частично смоченных комков ингредиента напитка, которым удалось пройти через фильтр/фильтры. На спиральных наклонных элементах могут быть предусмотрены дополнительные препятствия, способствующие разбиению комков, например, ребра, углы и т.п.
В еще одном из аспектов настоящего изобретения камера для ингредиентов напитка может содержать множество щетинок. Щетинки могут эффективно дробить проточную часть в камере для ингредиентов напитка, стимулируя вихревое движение одного или нескольких ингредиентов напитка и улучшая их смешивание. Щетинки могут располагаться вокруг первого фильтра, отступая от него на определенное расстояние. Щетинки могут представлять собой удлиненные пластиковые штырьки. Щетинки могут быть вытянуты на всю высоту камеры для ингредиентов напитка. Щетинки могут быть выполнены заодно с внутренним элементом, содержащим также первый фильтр, заключенный в корпус.
В еще одном из аспектов настоящего изобретения корпус, задающий камеру для ингредиентов напитка, может характеризоваться наличием одного или нескольких округлых выступов, составляющих неотъемлемую часть наружной боковой стенки камеры для ингредиентов напитка. Один или несколько округлых выступов могут быть плавно и выпукло изогнуты (если смотреть с центра картриджа). Округлый выступ может быть предусмотрен между парами впускных отверстий, ведущих в камеру для ингредиентов напитка. Один или несколько округлых выступов обеспечивают преимущество, заключающееся в том, что они могут способствовать растворению одного или нескольких ингредиентов напитка, во-первых, за счет пропускания поступающей водной среды через участки проточной части с уменьшенной площадью поперечного сечения, что приводит к увеличению сдвигающих усилий и повышению скорости потока, в результате чего улучшается растворение ингредиентов. Во-вторых, один или несколько округлых выступов, в случае их расположения между парами впускных отверстий, обычно уменьшают объем «мертвых зон» в камере для ингредиентов напитка. Под «мертвой зоной» следует понимать часть или части объема камеры для ингредиентов напитка, куда обычно не попадает циркулирующий поток водной среды и/или напитка. Например, было установлено, что в случае с кольцевой камерой для ингредиентов напитка, характеризующейся наличием четырех равноудаленных и радиально направленных впускных отверстий, расположенных относительно друг друга под углами, скажем, 0°, 90°, 180° и 270°, «мертвыми зонами», до которых не доходит циркулирующий поток, будут участки у боковой стенки, расположенные относительно друг от друга под углами 45°, 135°, 225° и 315°.
В еще одном из аспектов настоящего изобретения камера для ингредиентов напитка может содержать одну или несколько отдельных камер, в каждой из которых содержится определенный ингредиент или ингредиенты напитка. Например, в первой камере может содержаться сахар или ингредиент/ингредиент напитка с сахаром, а во второй камере - ингредиент или ингредиенты, содержащие шоколад. Каждая отдельная камера содержит, по меньшей мере, одно впускное отверстие, обеспечивающее поступление водной среды в камеру; и, по меньшей мере, часть первого фильтра, через которую напиток выходит из камеры. Такая схема обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что она позволяет подстраивать размер и количество впускных отверстий, а также размер и количество фильтрующих отверстии под каждый ингредиент/ингредиенты напитка.
В еще одном из аспектов настоящего изобретения камера для ингредиентов напитка может содержать специальную камеру для подготовки потока, в которую водная среда поступает в первом состоянии, и выходит в оставшуюся часть камеры для ингредиентов напитка во втором состоянии. К первому и второму состояниям может относиться один или несколько следующих параметров: первая и вторая скорости потока, первое и второе направления потока и первый и второй составы потока (т.е. состав потока в выражении относительных объемов воды, растворенного ингредиента/ингредиентов напитка и/или нерастворенного ингредиента/ингредиентов напитка в этом месте). Например, камера для подготовки потока может содержать наклонную стенку для преобразования входящего потока водной среды, первое состояние которой характеризуется относительно малой скоростью потока, радиальным направлением потока и составом в виде чистой воды, в поток водной среды во втором состоянии, которое характеризуется относительно высокой скоростью потока, касательным направлением потока и составом в виде смеси чистой воды с одним или несколькими ингредиентами напитка.
В еще одном из аспектов настоящего изобретения камера для ингредиентов напитка может содержать элемент в виде пластины, которая изначально опирается на слой одного или нескольких ингредиентов напитка. Эта пластина может быть, в частности, использована там, где впускное отверстие или отверстия, ведущие в камеру для ингредиентов напитка, располагаются в нижней части или ближе к нижней части указанной камеры. В процессе приготовления напитка, по мере того, как один или несколько его ингредиентов постепенно растворяются под пластиной, нерастворенная часть ингредиента напитка, находящаяся сверху, под весом этой пластины (которая может быть выполнена с возможностью свободного перемещения в пределах камеры для ингредиентов напитка) опускается в канал, по которому поступает входящая водная среда. Указанная пластина может содержать отверстия, позволяющие водной среде и/или напитку циркулировать под и над этой пластиной в процессе приготовления напитка.
В еще одном из аспектов настоящего изобретения камера для ингредиентов напитка может содержать поворотную мешалку в сборе с лопатками. Поворотная мешалка в сборе с лопатками может содержать одну или несколько лопаток или лопастей, которые разбивают комки порошкообразного ингредиента напитка по мере вращения поворотной мешалки в сборе с лопатками в камере для ингредиентов напитка.
В еще одном из аспектов настоящего изобретения камера для ингредиентов напитка может содержать один или несколько отбойников, ориентированных таким образом, чтобы порождать в камере для ингредиентов напитка вертикальные завихрения.
В любом из описанных выше вариантов осуществления или аспектов настоящего изобретения первый фильтр может содержать множество первых фильтрующих отверстий, а второй фильтр, если таковой предусмотрен, может содержать множество вторых фильтрующих отверстий; при этом критический размер (т.е. наименьший возможный размер, например, ширина) первых и/или вторых фильтрующих отверстий может составлять 0,4-0,6 мм, предпочтительно - 0,5 мм.
Краткое описание фигур
Варианты осуществления настоящего изобретения описаны исключительно для примера в привязке к прилагаемым чертежам, где:
На фиг. 1 показано перспективное изображение первого варианта реализации картриджа согласно настоящему изобретению с отсутствующей уплотняющей крышкой из слоистого материала, чтобы можно было рассмотреть внутреннее пространство;
На фиг. 2 показано перспективное изображение внутреннего элемента картриджа по фиг. 1;
На фиг. 3 показано перспективное изображение внутреннего элемента по фиг. 2 в другом ракурсе;
На фиг. 3а показано увеличенное изображение части элемента по фиг. 3;
На фиг. 4 показано поперечное сечение внутреннего элемента по фиг. 2;
На фиг. 5 показан вид сверху картриджа по фиг. 1;
На фиг. 6 показано поперечное сечение картриджа по фиг. 1 с уплотняющей крышкой из слоистого материала;
На фиг. 7 показано перспективное изображение альтернативного внутреннего элемента для использования в картридже по фиг. 1;
На фиг. 8 показано поперечное сечение внутреннего элемента по фиг. 7;
На фиг. 9 показано перспективное изображение еще одного варианта реализации картриджа согласно настоящему изобретению с отсутствующей уплотняющей крышкой из слоистого материала, чтобы можно было рассмотреть внутреннее пространство;
На фиг. 10 показано перспективное изображение внутреннего элемента картриджа по фиг. 9;
На фиг. 11 показан вид сверху картриджа по фиг. 9;
На фиг. 12 показано перспективное изображение сравнительного картриджа; а
На фиг. 13 показано перспективное изображение еще одного примера картриджа согласно настоящему изобретению;
На фиг. 14-32 представлены виды картриджей, в которых реализованы дополнительные аспекты настоящего изобретения.
Подробное раскрытие настоящего изобретения
В последующем описании настоящее изобретение будет проиллюстрировано на примере картриджа для приготовления напитка (в прочих случаях называемого капсулой для приготовления напитка), в частности, герметично запаянного картриджа, вставляемого в устройство для приготовления напитков, который может быть использован вместе с системой для приготовления напитка с целью дозированного разлива одного из целого ряда напитков, выбираемого по желанию, предпочтительно в домашних условиях.
На фиг. 1-6 представлен первый вариант реализации картриджа (1) согласно настоящему изобретению. Для упрощения картридж (1) представлен без ингредиента напитка, благодаря чему легче рассмотреть признаки картриджа (1). Однако перед использованием и во время сборки картридж (1) заполняется одним или несколькими ингредиентами напитка, а затем герметично закрывается крышкой (5), как это будет описано ниже и показано на фиг. 6.
Картридж (1) обычно состоит из корпуса (2), внутреннего элемента (3) и крышки (5). Корпус (2), внутренний элемент (3) и крышка (45) собираются воедино, образуя картридж (1).
Корпус (2) может представлять собой, в общем, чашеобразный элемент, задающий в своем внутреннем пространстве камеру (6) для ингредиентов напитка. Корпус (2) может характеризоваться наличием криволинейной боковой стенки (21), закрытой верхней части (29) и открытой нижней части (30), задающей открытый раструб корпуса (2), который охватывается ободом (46) и фланцем (42), отходящим наружу от обода (46) в радиальном направлении. Кроме того, корпус (2) может дополнительно задавать необязательное кольцевое пустое пространство (44) между внутренней стенкой (43) контейнера и фланцем (42). В этом случае свободный край внутренней стенки (43) может задавать обод (46). Закрытая верхняя часть (29) корпуса (2) может содержать, как это показано на фиг. 6, цилиндрический канал (40), расположенный в центре, который образует заглубление в наружной поверхности корпуса (2). Закрытый конец цилиндрического канала (40) может содержать цилиндрическое удлинение (24) более узкого диаметра в сравнении с диаметром цилиндрического канала (40), функция которого будет подробно описана ниже.
Картридж (1) дополнительно содержит точку (13) входа и точку (14) выхода, как это показано на фиг. 6. Точка (13) входа и точка (14) выхода задают, соответственно, место впуска водной среды, такой как вода, которая в процессе приготовления напитка поступает в картридж (1), и место выхода напитка из картриджа (1) при его розливе. В предпочтительном варианте точка (13) входа и точка (14) выхода изначально герметизированы крышкой (5) так, что указанные точки входа и выхода представляют собой просто заданные области крышки (5), подлежащие прокалыванию, разрезанию или вскрытию иным способом в процессе приготовления напитка. Могут быть предусмотрены и альтернативные варианты исполнения точек входа и выхода; к примеру, они могут быть выполнены в виде клапанов или отрывных элементов, которые можно удалить вручную или с помощью устройства для приготовления напитков.
Корпус (2) картриджа (1) может характеризоваться, в общем, круглой или дискообразной формой; при этом диаметр картриджа (1) превышает его высоту. Обычно наибольший наружный диаметр корпуса (2) составляет 74,5 мм ± 6 мм, а его габаритная высота составляет 29 мм ± 3 мм. Внутренний объем картриджа (1) в собранном состоянии, заполняемый ингредиентом/ингредиентами напитка, обычно составляет, максимум, 55 мл (хотя внутренний объем не обязательно должен быть заполнен ингредиентом/ингредиентами напитка полностью). Диаметр корпуса (2) может быть меньше у его закрытой верхней части (29) в сравнении с диаметром у его нижней части (30) вследствие того, что криволинейная боковая стенка (21) расходится раструбом от верхней части (29) в направлении нижней части (30).
Корпус (2) может содержать впускную камеру (32), примыкающую к криволинейной боковой стенке (21) и расположенную на одной оси с точкой (13) входа. Впускная камера (32) представляет собой конструкцию в виде цилиндрической стенки, снабженной с одной стороны струенаправляющим пазом (33), выполненным с возможностью подачи струей водной среды, поступающей в процессе приготовления напитка в впускную камеру (32) через точку (13) входа, в камеру (6) для ингредиентов напитка таким образом, чтобы указанная водная среда активно циркулировала в камере (6) для ингредиентов напитка. Струенаправляющий паз (33) может представлять собой удлиненную щель или прорезь. В предпочтительном варианте (33) струенаправляющий паз ориентирован таким образом, чтобы водная среда заходила в камеру (6) для ингредиентов напитка под углом свыше 45°, предпочтительно - под углом 90° к радиальному направлению камеры (6) для ингредиентов напитка.
Внутренний элемент (3) располагается в корпусе (2). Внутренний элемент (3) соединен с корпусом (2); при этом он содержит монтажный фланец (50), первый фильтр (8), второй фильтр (9), сужение и отводящий патрубок (12). Внутренний элемент (3) может располагаться в корпусе (2) по его центру таким образом, чтобы центральная ось внутреннего элемента (3) совпадала с центральной осью корпуса (2) и располагалась с ней на одной линии. Монтажный фланец (50) может быть соединен с внутренней поверхностью закрытой верхней части (29) корпуса (2), например, методом ультразвуковой сварки. В собранном состоянии внутренний элемент (3) проходит между закрытой верхней частью (29) корпуса (2) и крышкой (5), как это показано на фиг. 6. Крышка (5) плотно припаяна к краям внутреннего элемента (3) и корпуса (2), что будет подробнее описано ниже.
При нахождении внутреннего элемента (3) на своем месте в корпусе (2), камера (6) для ингредиентов напитка, в которой содержится ингредиент напитка до его розлива, принимает форму круговой камеры, проходящей между криволинейной боковой стенкой (21) корпуса (2) и внутренним элементом (3).
Внутренний элемент (3) может быть выполнен в виде единой цельной отливки.
Как показано на фиг. 2-4, первый фильтр (8) может принять форму трубчатого элемента, отходящего от монтажного фланца (50) и задающего первую цилиндрическую стенку (81) фильтра, которая образует наружную поверхность внутреннего элемента (3). Дальний от монтажного фланца (50) конец первой цилиндрической стенки (81) фильтра снабжен множеством первых фильтрующих отверстий (82).
Второй фильтр (9) окружен цилиндрической стенкой (81) первого фильтра и принимает форму цилиндрической стенки (91) второго фильтра. Цилиндрическая стенка (91) второго фильтра отходит от поперечного соединительного фланца (17), который соединяет цилиндрическую стенку (91) второго фильтра с цилиндрической стенкой (81) первого фильтра. Дальний от монтажного фланца (50) конец цилиндрической стенки (91) второго фильтра снабжен множеством вторых фильтрующих отверстий (92).
Как показано на фиг. 4, поперечный соединительный фланец (17) может быть снабжен множеством радиальных ребер (60) жесткости, расположенных на его нижней поверхности, которые проходят между цилиндрической стенкой (81) первого фильтра и цилиндрической стенкой (91) второго фильтра. Кроме того, заходя дальше внутрь в радиальном направлении, поперечный соединительный фланец (17) может быть снабжен множеством радиальных ребер (62) жесткости на его нижней поверхности, которые проходят между цилиндрической стенкой (91) второго фильтра и цилиндрической трубкой (16), охватывающей отводящий патрубок (12). Заходя еще дальше внутрь в радиальном направлении, поперечный соединительный фланец (17) может быть снабжен множеством радиальных ребер (63) жесткости на его нижней поверхности, которые проходят между цилиндрической трубкой (16) и основанием отводящего патрубка (12).
Как показано на фиг. 3 и 3а, поперечный соединительный фланец (17) может быть также снабжен множеством радиальных ребер (64) жесткости на его верхней поверхности, которые проходят между цилиндрической стенкой (81) первого фильтра и цилиндрической стенкой (66), располагаемой на одной оси с цилиндрической стенкой (91) второго фильтра, но отходящей вверх от поперечного соединительного фланца (17) в направлении, противоположном направлению цилиндрической стенки (91) второго фильтра. Иначе говоря, цилиндрические стенки (66) и (91) лежат на противоположных сторонах поперечного соединительного фланца (17).
Кроме того, заходя дальше внутрь в радиальном направлении, поперечный соединительный фланец (17) может быть снабжен множеством радиальных ребер (65) жесткости на его верхней поверхности, которые проходят между цилиндрической стенкой (66) и цилиндрическим ободом (20), охватывающим верхний конец отводящего патрубка (12).
Первые фильтрующие отверстия (82) и вторые фильтрующие отверстия (92) в предпочтительном варианте выполнены в виде пазов, относительно узких в окружном направлении цилиндрической стенки (81) первого фильтра и цилиндрической стенки (91) второго фильтра, и относительно длинных в продольном направлении указанных стенок. Эти пазы могут быть выполнены с возможностью отсеивания частиц ингредиента напитка, размер которых составляет, по меньшей мере, 0,5 мм, а в предпочтительном варианте лежит в пределах 0,5-2 мм. Критический размер (т.е. наименьший возможный размер, например, ширина) пазов цилиндрической стенки (81) первого фильтра и цилиндрической стенки (91) второго фильтра может составлять 0,4-0,6 мм, а в предпочтительном варианте - 0,5 мм, что обеспечивает задержание более крупных частиц, но позволяет потоку напитка выходить из камеры (6) для ингредиентов напитка без нежелательного существенного повышения противодавления. Указанные пазы могут отходить от свободного края (т.е. обода) каждой из цилиндрических стенок (81) и (91) первого и второго фильтров. Пазы в цилиндрической стенке (81) первого фильтра могут характеризоваться длиной 3,0 мм. Пазы в цилиндрической стенке (91) второго фильтра могут иметь длину 1,8 мм.
Каждый из фильтров - как первый фильтр (8), так и второй фильтр (9) - может быть изготовлен из жесткого непроницаемого материала, такого как пластмасса, с тем, чтобы ни напиток, ни водная среда, ни ингредиент напитка не могли пройти через первый фильтр (8) и второй фильтр (9), минуя первые фильтрующие отверстия (82) и вторые фильтрующие отверстия (92).
Как показано на фиг. 2, цилиндрическая стенка (91) второго фильтра располагается внутри цилиндрической стенки (81) первого фильтра. Таким образом, второй фильтр (9) располагается на выходе первого фильтра (8) и на определенном расстоянии от него; и это при том, что оба фильтра - как первый фильтр (8), так и второй фильтр (9) - могут быть выполнены в виде неотъемлемой части внутреннего элемента (3). Цилиндрическая стенка (81) первого фильтра и цилиндрическая стенка (91) второго фильтра могут располагаться концентрически относительно друг друга и совмещаться друг с другом по центральной оси корпуса (2) в собранном виде.
Отводящий патрубок (12) внутреннего элемента (3) предназначен для отвода напитка в сторону точки (14) выхода картриджа (1). Как показано на фиг. 6, точка (14) выхода может быть предусмотрена вблизи центральной оси или по центральной оси картриджа (1). Отводящий патрубок (12) может охватываться цилиндрической трубкой (16), которая отходит от поперечного соединительного фланца (17) на частичную длину внутреннего элемента (3). Отводящий патрубок (12) и цилиндрическая трубка (16) могут располагаться концентрически в пределах цилиндрической стенки (91) второго фильтра. Таким образом, в предпочтительном варианте все эти элементы, т.е. цилиндрическая стенка (81) первого фильтра, цилиндрическая стенка (91) второго фильтра, цилиндрическая трубка (16) и отводящий патрубок (12), расположены концентрически относительно друг друга и совмещены друг с другом по центральной оси картриджа (1).
Между внутренней поверхностью цилиндрической стенки (91) второго фильтра и наружной поверхностью цилиндрической трубки (16) задано кольцевое пространство (18). Цилиндрическая трубка (16) не снабжена какими-либо отверстиями, что исключает прохождение текучей среды через ее стенку. Вместо этого сообщение по текучей среде между кольцевым пространством (18) и отводящим патрубком (12) обеспечивается каналом (19), как это показано на фиг. 3-5. Канал (19) задает проход по типу вытяжной трубы, который идет параллельно центральной оси картриджа (1), примыкая ко вторым фильтрующим отверстиям (92), и проходит через поперечный соединительный фланец (17). Канал (19) задан двумя криволинейными стенками (19а) и (19b), которые на нижней стороне поперечного соединительного фланца (17) проходят между цилиндрической стенкой (91) второго фильтра и цилиндрической трубкой (16), а на верхней стороне поперечного соединительного фланца (17) - между цилиндрической трубкой (16) и цилиндрическим ободом (20). Нижний конец двух криволинейных стенок (19а) и (19b) не доходит до краев цилиндрической стенки (91) второго фильтра и цилиндрической трубки (16), образуя точку (67) входа в канал (19). Точка выхода из канала (19) на верхнем конце канала (19) сообщается по текучей среде с сужением, что будет дополнительно описано ниже.
Картридж (1) может быть снабжен средством вовлечения воздуха в напиток, например, в виде эжектора. В контексте настоящего документа термин «эжектор» относится к использованию сужения, выполненного в форме отверстия, или иного образования подобного рода для создания струи напитка, которое располагается в канале движения напитка перед воздуховпускным отверстием (27) и расширительной камерой; при этом указанное отверстие выполнено с возможностью создания струи напитка, которая впрыскивается в расширительную камеру, образуя зону низкого давления вблизи воздуховпускного отверстия (27), что заставляет воздух втягиваться в воздуховпускное отверстие (27) и вовлекаться в поток напитка в виде множества пузырьков.
2
В первом варианте осуществления настоящего изобретения, который проиллюстрирован на фиг. 1-6, сужение располагается на выходе второго фильтра (9), то есть за цилиндрической стенкой (91) второго фильтра. Как показано на фиг. 3, 3а и 6, цилиндрический обод (20) охватывает впускное отверстие, ведущее в отводящий патрубок (12). Непосредственно к цилиндрическому ободу (20) примыкает направленный внутрь заплечик (26). С одной стороны окружности цилиндрического обода (20) выполнен паз (25), идущий от верхнего края цилиндрического обода (20) до точки, расположенной немного ниже уровня направленного внутрь заплечика (26). Как показано на фиг. 6, при сборке картриджа (1) цилиндрическое удлинение (24) корпуса (2) заходит в цилиндрический обод (20) и упирается в направленный внутрь заплечик (26). Цилиндрическое удлинение (24) по существу закрывает впускное отверстие отводящего патрубка (12), перекрывая тем самым верхний конец паза (25). Поскольку паз (25) в цилиндрическом ободе (20) опускается ниже уровня направленного внутрь заплечика (26), отверстие для создания струи напитка остается открытым, обеспечивая канал прохождения текучей среды через цилиндрический обод (20). Таким образом, после сборки паз (25) вместе с корпусом (2) будет задавать сужение в форме характерного отверстия. Это отверстие может иметь размеры 0,65 мм × 1,00 мм с площадью поперечного сечения 0,65 мм.
В предпочтительном варианте паз (25) совмещен с точкой выхода из канала (19), как это показано на фиг. 3а.
Как показано на фиг. 3а, воздуховпускное отверстие (27) располагается сразу за отверстием, полученным в результате частичного перекрытия паза (25). Воздуховпускное отверстие (27) может представлять собой отверстие круглой формы, хотя на проиллюстрированном примере оно выполнено в виде вытянутого паза, проходящего через поперечный соединительный фланец (17), обеспечивая сообщение по газовой среде между точкой, расположенной над поперечным соединительным фланцем (17) в пределах верхней части отводящего патрубка (12), и пустым пространством под поперечным соединительным фланцем (17) между цилиндрической трубкой (16) и отводящим патрубком (12). В предпочтительном варианте воздуховпускное отверстие (27) совмещено по окружности с пазом (25). Воздуховпускное отверстие (27) располагается в пределах суживающегося канала (70), соосного пазу (25). Суживающийся канал (70) содержит дно и две боковые стенки, которые сходятся в направлении кромки (72). Воздуховпускное отверстие (27) может быть обращено в сторону основания суживающегося канала (70), примыкающего к цилиндрическому ободу (20).
Верхний конец отводящего патрубка (12) может быть также снабжен множеством направленных вверх выступов (71), отходящих от поперечного соединительного фланца (17) и охватывающих раструб выходного отверстия отводящего патрубка (12).
Диаметр цилиндрической стенки (81) первого фильтра может характеризоваться относительно большими размерами в сравнении с внутренним диаметром камеры (6) для ингредиентов напитка. Например, диаметр цилиндрической стенки (81) первого фильтра может составлять 29 мм, а максимальный внутренний диаметр камеры (6) для ингредиентов напитка может составлять 57 мм. Соответственно, каждая сторона полученной в итоге кольцевой камеры (6) для ингредиентов напитка, как это показано на фиг. 6, характеризуется шириной (w) 14 мм и высотой (h) 29 мм. Таким образом, образуется пустое пространство, обеспечивающее заполнение картриджа (1) ингредиентом/ингредиентами напитка, где локальная толщина слоя ингредиента/ ингредиентов напитка примерно в два раза превышает локальную ширину слоя ингредиента/ингредиентов напитка.
Крышка (5) может быть изготовлена из композиционного материала. Композиционный материал может содержать слой алюминия. Композиционный материал может содержать один или несколько слоев полимера, например, слой полипропилена и/или слой полиэтилентерефталата (ПЭТ).
При запечатывании корпуса (2) крышка (5) образует герметичное соединение с фланцем (42) корпуса (2), а также с ободом впускной камеры (32). Кроме того, крышка (5) припаивается к дальнему концу внутреннего элемента (3), а именно к краям, образованным свободными краями цилиндрической стенки (81) первого фильтра, цилиндрической стенки (91) второго фильтра и цилиндрической трубки (16).
Картридж (1) может вмещать в себя один или несколько ингредиентов напитка, содержащихся в камере (6) для ингредиентов напитка. Картридж (1) согласно настоящему изобретению находит свое конкретное применение там, где в качестве одного или нескольких ингредиентов напитка используется один или несколько растворимых ингредиентов напитка. Например, один или несколько ингредиентов напитка могут представлять собой один или несколько порошкообразных ингредиентов напитка. Один или несколько ингредиентов напитка могут содержать нерастворимые или частично растворимые частицы, например, какао-порошок или смеси порошков, содержащие крупномолотые пряности (например, корицу). Не исчерпывающий перечень примеров ингредиентов напитка включает в себя шоколадный порошок, сухое молоко, забеливатели, растворимый кофе, фруктовые и овощные порошки, ароматические добавки, травы и частично молотые/крупномолотые пряности, в том числе, помимо прочего, корицу, имбирь, кардамон и т.п.
Перед использованием герметизированный картридж (1) вставляется в устройство для приготовления напитка или иным образом соединяется с указанным устройством с целью раздачи напитка (или части напитка) из картриджа (1). При выполнении цикла раздачи в точке (13) входа образуется впускное отверстие, а в точке (14) выхода - выпускное отверстие, например, за счет прокалывания крышки (5) элементами устройства для приготовления напитка. После этого - за счет соединения между собой точки (13) входа и точки (14) выхода - может быть образован канал движения напитка, по которому может проходить водная среда, примером которой в последующем будет выступать горячая вода. Канал движения напитка задается пространственным взаимным расположением корпуса (2), внутреннего элемента (3) и крышки (5).
Канал движения напитка начинается от точки (13) входа и проходит, по порядку, через впускную камеру (32), минует струенаправляющий паз (33), продолжается по кольцевой камере (6) для ингредиентов напитка, проходит через первые фильтрующие отверстия (82) в цилиндрической стенке (81) первого фильтра и через вторые фильтрующие отверстия (92) в цилиндрической стенке (91) второго фильтра, заходит в кольцевое пространство (18), затем проходит в канал (19) и поднимается по нему вверх, после чего проходит через отверстие эжектора, минует воздуховпускное отверстие (27) эжектора, заходит в отводящий патрубок (12) и, наконец, доходит до точки (14) выхода. Из выпускного отверстия в точке (14) выхода напиток выливается в соответствующий приемник.
Ориентация струенаправляющего паза (33) заставляет поток горячей воды, поступающий в кольцевую камеру (6) для ингредиентов напитка, закручиваться и циркулировать по внутреннему элементу (3) с возможностью его многократного прохождения через указанный внутренний элемент. Тем самым обеспечивается лучшее растворение растворимого ингредиента напитка. В частности, энергетические свойства струи горячей воды, впрыскиваемой через струенаправляющий паз (33), и циркуляция горячей воды по всей окружности кольцевой камеры (6) для ингредиентов напитка способствует разбиению комков растворимого ингредиента напитка в картридже (1). Кроме того, без привязки к какой-либо конкретной теории считается, что конфигурация, в которой локальная толщина слоя ингредиента напитка в 1,5-2,2 раза превышает локальную ширину слоя ингредиента напитка, способствует разбиению комков растворимых ингредиентов напитка, во-первых, за счет ограничения циркулирующей воды относительно узким объемом кольцевого пространства, что приводит к поддержанию повышенной скорости движения воды в камере (6) для ингредиентов напитка; и, во-вторых, за счет обеспечения большей площади периферийной поверхности ингредиента напитка, которая может напрямую подвергаться воздействию воды.
2
Без привязки к какой-либо конкретной теории считается, что распределение и растворение растворимых ингредиентов напитка стимулируется за счет напряжения сдвига, прилагаемого для разбиения смоченной массы порошка растворимого ингредиента напитка при ее соприкосновении с водой. За счет использования цилиндрической стенки (81) первого фильтра, диаметр которой может быть сравнительно больше внутреннего диаметра камеры (6) для ингредиентов напитка, можно повысить скорость сдвига воды, вследствие чего может быть увеличено напряжение сдвига, прилагаемое к смоченной порошкообразной массе из смеси ингредиентов напитка, что будет способствовать растворению растворимых ингредиентов напитка. Было установлено, что при площади впускного отверстия 3-2 мм и рабочем давлении 0,6-1,2 бар насос в испытательной системе обеспечивает расход на точке (13) входа 5,5-3,6 мл/с. Скорость прохождения текучей среды (V) через точку (13) входа составила 0,9-1,8 м/с. Если ширина кольцевого пространства камеры для ингредиентов напитка составляет 9,5 мм, то путем деления входной скорости на этот зазор можно получить приблизительные значения приложенных скоростей сдвига в камере, которые лежат в пределах 95-190 л/с.
Напиток, полученный таким способом из горячей воды и растворенных ингредиентов напитка, может после этого покинуть камеру (6) для ингредиентов напитка через первые фильтрующие отверстия (82) в цилиндрической стенке (81) первого фильтра, а затем - через отстоящие от них на определенное расстояние вторые фильтрующие отверстия в цилиндрической стенке (91) второго фильтра. Первые и вторые фильтрующие отверстия (82) и (92) очищают напиток от любых нерастворимых частиц, которые могут присутствовать в ингредиентах напитка, а также от частично растворимых частиц с тем, чтобы в течение цикла раздачи не оставалось нерастворенных частиц, вне зависимости от причин.
Таким образом, первый фильтр (8) задает выход из камеры (6) для ингредиентов напитка, а второй фильтр (9) выполняет функцию вспомогательного фильтра, который улучшает фильтрующие характеристики картриджа (1). Размер вторых фильтрующих отверстий (92) может быть меньше размера первых фильтрующих отверстий (82), вследствие чего первый фильтр (8) действуете качестве фильтра «грубой очистки», а второй фильтр (9) - в качестве фильтра «тонкой очистки».
За счет того, что первые и вторые фильтрующие отверстия (82) и (92) располагаются по большей части окружности, соответственно, цилиндрических стенок (81) и (91) первого и второго фильтров, разделяющие возможности картриджа (1) будут сохраняться, несмотря на то, что цилиндрические стенки (81) и (91) первого и второго фильтров будут задерживать и удерживать частицы на своих сторонах вверх по течению потока. Это возможно по двум причинам. Во-первых, относительно большая площадь поверхности первого фильтра (8) и второго фильтра (9) (за счет того, что они занимают большую часть окружности) означает, что даже если некоторые фильтрующие отверстия (82) и (92) окажутся забитыми, другие фильтрующие отверстия (82) и (92) обеспечат достаточный сквозной поток напитка без создания в картридже (1) противодавления слишком высокого уровня. Во-вторых, цилиндрическая форма, в частности, первого фильтра (8) означает, что отфильтрованные частицы, задерживаемые первыми фильтрующими отверстиями (82), будут проявлять тенденцию к «вымыванию» за пределы первого фильтра (8) за счет циркуляции горячей воды/смешанного напитка в кольцевой камере (6) для ингредиентов напитка, вследствие чего отфильтрованные частицы проявляют тенденцию к вовлечению обратно в циркулирующий поток текучей среды, а не к удержанию первыми фильтрующими отверстиями (82).
Особое преимущество заключается в том, что первый фильтр (8) и второй фильтр (9) препятствуют проникновению частиц ингредиента напитка, размер которых превышает требуемое заданное значение, в сужение, предотвращая тем самым его частичную или полную блокировку.
Противодавление напитка, скапливающегося в камере (6) для ингредиентов напитка, заставляет напиток под давлением проходить через первый фильтр (8), второй фильтр (9), кольцевое пространство (18) и вверх по каналу (19). Затем напиток проходит через эжектор, после чего полученная струя напитка проходит через воздуховпускное отверстие (27). В результате в поток напитка вовлекается воздух в виде множества небольших воздушных пузырьков по мере втягивания воздуха в воздуховпускное отверстие (27). Струя напитка, выпускаемая из отверстия, вихреобразно циркулирует в верхней части отводящего патрубка (12), где ее столкновения с обращенными вверх выступами (71) помогают изменять размеры пузырьков воздуха в напитке. После этого напиток, образуя воронку, сливается через выпускное отверстие отводящего патрубка (12), поступая в выходное отверстие, откуда напиток выливается в приемник, такой как чашка, в котором пузырьки воздуха образуют пену.
В картридж (1) согласно настоящему изобретению, описанный выше, могут быть внесены различные модификации без отступления от объема заявленного изобретения. В последующих частях текста будет описан ряд модификаций и альтернативных вариантов, которые могут быть реализованы по отдельности или в любом сочетании, если из контекста явно не следует иное. Ниже по тексту подробно описаны только изменения. В других отношениях картриджи (1) остаются такими же, как они были раскрыты выше. В последующем описании для обозначения одних и тех же признаков и элементов использованы одни и те же номера позиций.
2
На фиг. 7 и 8 показана альтернативная форма внутреннего элемента (103), который может быть использован с корпусом (2), описанным выше, образуя еще один вариант реализации картриджа (101). Внутренний элемент (103) схож с внутренним элементом (3), раскрытым выше, за исключением того, что он содержит второе сужение, а в поперечном соединительном фланце (17) выполнено второе воздуховпускное отверстие (127). Второе сужение и второе воздуховпускное отверстие (127) имеют такую же форму, что и сужение и воздуховпускное отверстие (27). В каждом случае размер образованного в итоге отверстия эжектора вполовину меньше, чем в первом варианте реализации настоящего изобретения; при этом площадь поперечного сечения каждого отверстия составляет 0,65 мм × 0,5 мм = 0,33 мм. Таким образом, суммарная площадь пропускного сечения отверстий двух эжекторов равна площади пропускного сечения отверстия одного единственного эжектора согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Второе воздуховпускное отверстие (127) совмещено по окружности со вторым сужением. Кроме того, второе воздуховпускное отверстие (127) и второе сужение отстоят от воздуховпускного отверстия (27) и первого сужения по окружности кольцевого фланца (17). В предпочтительном варианте они могут быть расположены диаметрально противоположно воздуховпускному отверстию (27) и сужению (10), как это показано на фиг. 8.
Другое отличие заключается в том, что цилиндрическая стенка (91) второго фильтра отходит непосредственно от монтажного фланца (50), а не от поперечного соединительного фланца (17). Таким образом, поперечный соединительный фланец (17) в этом варианте осуществления настоящего изобретения отходит только радиально внутрь от цилиндрической стенки (91) второго фильтра. В результате радиальные ребра (160) жесткости между цилиндрической стенкой (81) первого фильтра и цилиндрической стенкой (91) второго фильтра оказываются выше, чем в первом варианте реализации заявленного изобретения, описанном выше.
Наряду с каналом (19) предусмотрен также и второй канал (119), обеспечивающий сообщение по текучей среде между кольцевым пространством (18) и отводящим патрубком (12). Второе сужение располагается вниз по потоку от второго канала (119), в результате чего задаются две проточные части, соединяющие кольцевое пространство (18) с отводящим патрубком (12); при этом первая проточная часть проходит через канал (19), который в этом случае образует первый канал и первое сужение, а вторая проточная часть проходит через второй канал (119) и второе сужение.
Поскольку второе сужение отстоит на определенное расстояние от первого сужения по окружности кольцевого фланца (17), струи напитка в процессе его приготовления, выходящие из первого сужения и второго сужения, сталкиваются в верхней части отводящего патрубка (12), что способствует перемешиванию и вспениванию напитка. В предпочтительной конфигурации, где два эжектора располагаются напротив друг друга, струи напитка сталкиваются друг с другом по существу фронтально («лоб в лоб»). Было установлено, что включение второго сужения приводит к уменьшению противодавления в картридже (101) во время работы.
В процессе работы противодавление напитка, скапливающегося в камере (6) для ингредиентов напитка, заставляет напиток под давлением проходить через первый фильтр (8) и второй фильтр (9), как это описано выше. Затем поток напитка разделяется на две части; при этом первая часть потока проходит через первый канал (19) и первое сужение, а вторая часть потока проходит через второй канал (119) и второе сужение, выходя из каждого сужения в виде струи, бьющей в верхнюю часть отводящего патрубка (12). Первая струя напитка выходит из первого сужения и проходит через воздуховпускное отверстие (27). Вторая струя напитка выходит из второго сужения и проходит через воздуховпускное отверстие (127). Как следствие, в оба эти потока напитка вовлекается воздух в виде множества воздушных пузырьков небольшого размера по мере втягивания воздуха в воздуховпускные отверстия (27) и (127). Две струи сталкиваются в отводящем патрубке (12) перед тем, как стечь, образуя воронку, в выпускное отверстие.
На фиг. 9-11 показана альтернативная форма внутреннего элемента (3), который может быть использован с корпусом (2), описанным выше, или с модифицированным корпусом (202), описанным ниже, еще один вариант реализации картриджа (201).
Как и в описанном выше варианте, картридж (201) содержит впускную камеру (32). Однако впускная камера (32) не снабжена струенаправляющим пазом (33), сообщающимся напрямую с камерой (6) для ингредиентов напитка. Вместо этого впускная камера (32) снабжена противолежащими пазами (133), которые сообщаются с кольцевым пустым пространством (44). Кроме того, внутренняя стенка (43) снабжена парой впускных отверстий, расположенных на противоположных сторонах камеры (6) для ингредиентов напитка, как это показано на фиг. 9. Впускные отверстия (213) этой пары могут быть расположены диаметрально противоположно друг другу и выполнены в виде небольших пазов во внутренней стенке (43).
Картридж (201) дополнительно содержит внутренний элемент (203) альтернативной формы. Внутренний элемент (203) содержит фильтр (208), первое сужение, второе сужение и отводящий патрубок (12). Фильтр (208) задает выход из камеры (6) для ингредиентов напитка. Фильтр (208) выполняет ту же функцию, что и первый фильтр (8), описанный выше. В этом варианте осуществления настоящего изобретения второй фильтр не предусмотрен. Первое сужение и второе сужение располагаются вниз по потоку от фильтра (208).
Фильтр (208) содержит цилиндрическую стенку (281), снабженную множеством выполненных в ней фильтрующих отверстий (282). Цилиндрическая стенка (281) фильтра выполнена в виде трубчатого элемента, снабженного фильтрующими отверстиями (282). В предпочтительном варианте фильтрующие отверстия (282) выполнены в виде пазов, относительно узких в окружном направлении цилиндрической стенки (281) фильтра и относительно длинных в ее продольном направлении. Эти пазы могут быть выполнены с возможностью фильтрации частиц ингредиента напитка, размер которых составляет, по меньшей мере, 0,5 мм, а в предпочтительном варианте - в диапазоне от 0,5 мм до 2 мм. Критический размер (т.е. наименьший возможный размер, например, ширина) этих пазов цилиндрической стенки (281) фильтра может составлять 0,4-0,6 мм а в предпочтительном варианте - 0,5 мм, с тем, чтобы они могли задерживать частицы более крупного размера, но позволяли потоку напитка выходить из камеры (6) для ингредиентов напитка без нежелательного существенного повышения противодавления. Эти пазы могут отходить от свободного края (т.е. верхнего края) цилиндрической стенки (281) фильтра. Длина этих пазов в цилиндрической стенке (281) фильтра может составлять 3,0 мм.
Отводящий патрубок (12) и цилиндрическая трубка (16) внутреннего элемента (203) располагаются внутри цилиндрической стенки (281) фильтра и соединены с указанной стенкой поперечным соединительным фланцем (17), как и в варианте, описанном выше.
Между внутренней поверхностью цилиндрической стенки (281) фильтра и наружной поверхностью цилиндрической трубки (16) задано кольцевое пространство (218). Сообщение по текучей среде между кольцевым пространством (218) и отводящим патрубком (12) обеспечивается каналом (19), который в этом случае образует первый канал и второй канал (119), как в варианте осуществления настоящего изобретения, описанном выше. Схема расположения первого сужения, второго сужения и отводящего патрубка (12) соответствует конфигурации, описанной в отношении внутреннего элемента (103).
Диаметр цилиндрической стенки (281) фильтра может быть меньше диаметра цилиндрической стенки (81) первого фильтра в тех вариантах осуществления настоящего изобретения, которые были описаны выше. Например, диаметр цилиндрической стенки (281) фильтра может составлять 18,5 мм. Как и в примере, описанном выше, максимальный внутренний диаметр камеры (6) для ингредиентов напитка может составлять 57 мм. Соответственно, каждая сторона полученной в итоге кольцевой камеры (6) для ингредиентов напитка характеризуется шириной (w) 19 мм и высотой (h) 29 мм. Таким образом, образуется пустое пространство, обеспечивающее заполнение картриджа (1) ингредиентом напитка, где локальная толщина слоя ингредиента напитка примерно в полтора раза превышает локальную ширину слоя ингредиента напитка.
Принцип использования картриджа (201) соответствует тому, что был описан выше в отношении картриджа (101) с внутренним элементом (103), за исключением отличий, описанных ниже.
После впрыска горячей воды во впускную камеру (32) вода проходит через противолежащие пазы (233) в кольцевое пустое пространство (44) и доходит до пары впускных отверстий (213). Затем поток воды отводится таким образом, чтобы он струей подавался в камеру (6) для ингредиентов напитка в радиальном направлении в сторону внутреннего элемента (203). Вода ударяется о внутренний элемент (203), после чего откатывается назад, циркулируя таким образом в кольцевой камере (6) для ингредиентов напитка. Как и в других вариантах, циркуляция горячей воды в камере (6) для ингредиентов напитка стимулирует растворение растворимых ингредиентов напитка.
Противодавление напитка, скапливающегося в камере (6) для ингредиентов напитка, заставляет напиток под давлением проходить через фильтр (208). Напиток заходит непосредственно в кольцевое пространство (218). Затем поток напитка разделяется на две части; при этом первая часть потока проходит через первый канал (19) и первое сужение, а вторая часть потока проходит через второй канал (119) и второе сужение, как во внутреннем элементе (103). Соответственно, раздача осуществляется так же, как это описано выше.
Как уже было отмечено, описанные выше модификации и альтернативные варианты могут вноситься по отдельности или в любом сочетании, а не только в тех сочетаниях, которые были в явной форме описаны выше на приеме раскрытых вариантов реализации заявленного изобретения. Например, варианты реализации картриджа согласно настоящему изобретению, используемые в некоторых рассчитанных примерах, приведенных ниже, могут сочетать в себе корпус (2) по фиг. 1 (снабженный струенаправляющим пазом (33)) с внутренним элементом (не показанным), который характеризуется наличием лишь одного фильтра в виде цилиндрической стенки (281), снабженной фильтрующими отверстиями (282), и одного эжектора; или же - в другом примере - картридж может сочетать в себе корпус (202) по фиг. 9 (снабженный противолежащими пазами (133)) с внутренним элементом (не показанным), который характеризуется наличием лишь одного фильтра в виде цилиндрической стенки (281), снабженной фильтрующими отверстиями (282), и одного эжектора.
Примеры
В последующих примерах картриджи были подготовлены и установлены в устройстве для приготовления напитков, в котором используется горячая вода температурой ~85°C.
В каждом тесте был использован один и тот же состав ингредиентов напитка, который представлял собой обычную смесь растворимых ингредиентов для приготовления шоколадного напитка, содержащую:
сахар (~45-50%);
какао-порошок (~5-10%);
сухое цельное молоко (~5-10%);
сухое обезжиренное молоко (~15-25%);
сухая молочная сыворотка (0-15%); и
забеливатель (0-10%);
со сбалансированным содержанием прочих второстепенных ингредиентов, таких как ароматические добавки (<1%).

Во всех случаях смесь растворимых порошкообразных ингредиентов для приготовления шоколадного напитка загружалась в картридж с массой содержимого в пределах 25-33 г. Затем картридж герметизировался крышкой (5) и устанавливался в устройстве для приготовления напитков Tassimo T-20/Amia с рабочим напряжением 240 В. Во время раздачи измерялось и регистрировалось максимальное давление на стадии «заваривания» и на стадии «продувки». Стадия «заваривания» представляет собой отрезок времени, в течение которого совершается цикл раздачи, где масса горячей воды впрыскивается в картридж для смешивания с ингредиентами напитка с последующим направлением в приемник. За стадией «заваривания» следует стадия «продувки», которая предусматривает впрыск пара через картридж (хотя может присутствовать также некоторое количество остаточной воды) с тем, чтобы вытеснить из картриджа в приемник максимально возможное количество жидкости. В конце раздачи напитка регистрировалась масса напитка, поступившего в приемник, и масса мокрого картриджа. И, наконец, мокрые картриджи помещались в печь, разогретую до температуры ~103-105°C, на три часа или до тех пор, пока не испарится вся вода. Сухой остаток в граммах измерялся путем взвешивания сухих картриджей, после чего высчитывалась доля твердых веществ в чашке, выраженная в процентах от выхода продукта в чашке. Все тесты были повторены 100 раз, а их результаты по картриджу каждого типа были усреднены.
Обобщенные результаты представлены ниже в Таблице 1, где:
В примере 1 был использован сравнительный пример картриджа по фиг. 12, содержащий корпус (202) того же типа, что показан на фиг. 9; и внутренний элемент (303), характеризующийся наличием цилиндрической стенки (381), снабженной крупными отверстиями (382) (не фильтрующими отверстиями), и одного эжектора. Масса содержимого упаковки с ингредиентом напитка составляет 33 г.
В примере 2 был использован картридж по фиг. 13, содержащий корпус (202) такого же типа, что и картридж по фиг. 9; и внутренний элемент (403), схожий с внутренним элементом (203) по фиг. 10 тем, что он также характеризуется наличием всего одного фильтра в виде цилиндрической стенки (281) диаметром 18,5 мм, но снабженный одним эжектором. Масса содержимого составляет 33 г.
В примере 3 был использован картридж, содержащий корпус (2) по фиг. 1 и внутренний элемент, характеризующийся наличием всего одного фильтра в виде цилиндрической стенки диаметром 29 мм, снабженной фильтрующими отверстиями, и одного эжектора. Масса содержимого составляет 25 г.
В примере 4 был использован картридж, содержащий корпус (2) по фиг. 1 и внутренний элемент (103) по фиг. 7 и 8, характеризующийся наличием цилиндрических стенок (81) и (91) первого и второго фильтров, снабженных выполненными в них фильтрующими отверстиями; при этом диаметр цилиндрической стенки (81) первого фильтра составляет 29 мм. Масса содержимого составляет 25 г.
В примере 5 был использован такой же картридж, что и в примере 2, но с массой содержимого 26 г.
В каждом примере реализации картридж герметизируется крышкой.
Как можно видеть по результатам тестов, картриджи по примеру 1, которые не были снабжены первым фильтром (8) или вторым фильтром (9) согласно настоящему изобретению, а содержали лишь одно дросселирующее отверстие в виде эжектора, характеризуются относительно высокими максимальными значениями давления; при этом на стадии «заваривания» указанное давление составляет 1,6 бар, а на стадии «продувки» - 2,1 бар. Без привязки к какой-либо конкретной теории считается, что высокие максимальные значения давления обусловлены частичной или полной забивкой (в течение, по меньшей мере, части цикла раздачи) единственного дросселирующего отверстия в самой узкой части паза эжектора частицами ингредиента/ингредиентов напитка, которые или оказались относительно нерастворимыми, или не до конца растворились по пути до дросселирующего отверстия. Выход продукта из этих картриджей также оказался относительно низким, составив 82%.
Картриджи по примеру 2, которые характеризуются наличием лишь одного фильтра и одного дросселирующего отверстия в виде единичного эжектора, выигрывают от незначительного снижения максимальных значений давления в сравнении с примером 1-1,0 на стадии «заваривания» и 1,6 бар на стадии «продувки». Однако выход продукта из этих капсул оказался низким, составив 77%.
И наоборот, картриджи по примерам 3-5, выигрывают от существенного снижения максимальных значений давления в сочетании с повышением выхода. В наиболее предпочтительном варианте картриджи по примеру 4 характеризуются низкими максимальными значениями давления (0,6 бар на стадии «заваривания» и 0,9 бар на стадии «продувки») в сочетании с повышением выхода продукта из капсул до 91%.
Без привязки к какой-либо конкретной теории считается, что положительный эффект, продемонстрированный, в частности, картриджами по примерам 3-5, стал возможным за счет сочетания рада факторов. Предполагается, что наличие, по меньшей мере, одного фильтра в виде стенки с фильтрующими отверстиями способствует предотвращению частичной или полной забивки дросселирующего отверстия/отверстий в самой узкой точке паза эжектора/эжекторов частицами ингредиента/ингредиентов напитка, которые характеризуются или относительной нерастворимостью, или недостаточной растворимостью, поскольку эти частицы задерживаются фильтрующими отверстиями перед дросселирующим отверстием. Кроме того, выполнение фильтра в виде цилиндрической стенки с большим количеством отдельных фильтрующих отверстий в форме пазов означает, что даже в случае забивки некоторых из них остальные отверстия обеспечат дальнейшее прохождение напитка в сторону точки выхода. Далее закрученный поток, циркулирующий в кольцевой камере (6) для ингредиентов напитка, может проявлять тенденцию к «вымыванию» частиц с поверхности фильтра, что приводит к разблокированию забитых фильтрующих отверстий. Этот положительный эффект усиливается в том случае, если внутренний элемент характеризуется относительно большим диаметром в сравнении с корпусом с тем, чтобы локальная толщина слоя ингредиента напитка превышала его локальную ширину в 1,5-2,2 раза.
Ниже будут описаны различные дополнительные модификации, которые могут быть внесены в картридж согласно настоящему изобретению, описанный выше (или другие картриджи), без отступления от объема заявленного изобретения. В последующих частях текста будет описан ряд модификаций и альтернативных вариантов, которые могут быть реализованы по отдельности или в любом сочетании, если из контекста явно не следует иное. Ниже по тексту подробно описаны только изменения. В других отношениях картриджи могут оставаться такими же, как они были описаны выше или раскрыты в прилагаемой формуле изобретения. В последующем описании для обозначения одних и тех же признаков и элементов использованы одни и те же номера позиций.
Как показано на фиг. 14 и 14b, канал за каждым сужением или каждое сужение может быть выполнено с возможностью предотвращения отложения нерастворенного или частично растворенного ингредиента напитка. Как можно видеть в варианте реализации картриджа по фиг. 14а, выбор такой формы и размеров расположенного по центру утолщения (40) с его цилиндрическим удлинением (24) приводит к образованию «мертвой зоны» (150) в верхней части канала (19) непосредственно перед каждым сужением (10). В модифицированном картридже, показанном на фиг. 14b, часть канала (19) непосредственно перед сужением (10) сглаживается расположенным по центру выступающим утолщением (40) таким образом, что он заканчивается заподлицо с верхним краем паза (25) сужения (10). В результате обеспечивается отсутствие каких-либо застойных зон, острых углов или резких вгибов вверх по потоку от сужения, которые могли бы способствовать отложению частиц.
Как показано на фиг. 15-18, камера (6) для ингредиентов напитка может содержать одну или несколько перегородок (151), предназначенных для разграничения двух и более зон 6а-6d в камере (6) для ингредиентов напитка, в каждой из которых содержится один или несколько ингредиентов напитка. В предпочтительном варианте одна или несколько перегородок (151) отходят от первого фильтра (8) в направлении корпуса (2) картриджа (1). Одна или несколько перегородок (151) могут быть планарными, как это показано на фиг. 16; при этом они могут быть ориентированы в корпусе (2) в радиальном направлении. В варианте, проиллюстрированном на фиг. 15 и 16, предусмотрено четыре перегородки (151), расположенные по окружности на равном расстоянии друг от друга.
На фиг. 17 проиллюстрирован альтернативный вариант, в котором одна или несколько перегородок (152) изогнуты. Такое решение может способствовать закручиванию потока напитка в направлении первого фильтра (8).
Одна или несколько перегородок (151) и (152) могут отходить от расположенного по центру первого фильтра (8) в направлении стенки, охватывающей корпус (2)/ В альтернативном варианте, как это показано на фиг. 18, перегородки (151) могут соприкасаться со стенкой, охватывающей корпус (2), тем самым полностью отделяя зоны 6а-6d одну от другой в пределах камеры (6) для ингредиентов напитка. Каждая отдельная зона 6а-6d содержит, по меньшей мере, одно впускное отверстие (33), обеспечивающее поступление в эту зону водной среды, и, по меньшей мере, часть первого фильтра (8), обеспечивающую выход напитка из этой зоны.
Преимущество разделения камеры (6) для ингредиентов напитка на две и более зоны 6а-6d заключается в том, что это способствует растворению одного или нескольких ингредиентов напитка за счет того, что перемешивания водной среды и ингредиентов напитка фокусируется в основных зонах и изменяется характер движения потока.
Как показано на фиг. 19-21, проточная часть между фильтром/фильтрами (8) и (9) и сужением/сужениями (10) может быть выполнена в виде спирального элемента. Например, спиральные наклонные элементы (154) могут располагаться в кольцевом пространстве (17) между последним фильтром (вторым фильтром (9), если таковой предусмотрен, или первым фильтром (8), если предусмотрен всего один фильтр) и цилиндрической трубкой (16); при этом поток напитка проталкивается через кольцевое пространство (18) по направлению к сужению/сужениям (10). Спиральные наклонные элементы (154) заставляют напиток обтекать цилиндрическую трубку (16) по спирали, создавая дополнительные перемешивающие завихрения и закручивая поток напитка. Преимуществом является то, что такой характер течения может способствовать разрушению небольших частично смоченных комков ингредиента напитка, которым удалось пройти через фильтр/фильтры. На спиральных наклонных элементах (154) могут быть предусмотрены дополнительные препятствия (155), способствующие разбиению комков, например, ребра, углы и т.п. В проиллюстрированном примере предусмотрено четыре спиральных наклонных элемента (154), расположенных по окружности на равном расстоянии друг от друга; при этом каждый спиральный наклонный элемент (154) повернут примерно на 90 градусов.
Как показано на фиг. 22-24, камера (6) для ингредиентов напитка может содержать множество щетинок (156). Щетинки (156) могут эффективно дробить проточную часть в камере (6) для ингредиентов напитка, стимулируя вихревое движение одного или нескольких ингредиентов напитка и улучшая их смешивание. Щетинки (156) могут располагаться вокруг первого фильтра (8), отступая от него на определенное расстояние. Щетинки (156) могут представлять собой удлиненные пластиковые штырьки. Щетинки (156) могут быть вытянуты на всю высоту камеры (6) для ингредиентов напитка. Щетинки (156) могут быть выполнены заодно с внутренним элементом (3), содержащим также первый фильтр (8), заключенный в корпус (2). В проиллюстрированном примере щетинки (156) отходят вниз от монтажного фланца (50). Щетинки (156) располагаются тремя концентрическими кругами вокруг первого фильтра (8). Соседние щетинки (156) отстоят друг от друга на такое расстояние, чтобы они не могли выполнять фильтрующую функцию, а только разбивали комки порошкообразного ингредиента напитка.
Как показано на фиг. 25, корпус (2) кольцевой камеры (6) для ингредиентов напитка может содержать множество впускных отверстий (33), каждое из которых может быть наклонено так, чтобы поток входящей водной среды не поступал внутрь радиально; при этом угол изгиба превышает 45°, а в предпочтительном варианте он составляет 90°. Как показано на фиг. 25, наклон может быть обеспечен за счет L-образной крышки (160), предусмотренной у каждого впускного отверстия (33) с тем, чтобы поток поворачивал на угол 90° перед поступлением в кольцевую камеру для ингредиентов напитка. Как видно, корпус содержит четыре точки (33) входа, отстоящих друг от друга на угол 90°. Может быть предусмотрено и иное количество точек входа.
Как показано на фиг. 26, корпус (2), задающий камеру (6) для ингредиентов напитка, может характеризоваться наличием одного или нескольких округлых выступов (162), составляющих неотъемлемую часть наружной боковой стенки камеры (6) для ингредиентов напитка. Один или несколько округлых выступов (162) могут быть плавно и выпукло изогнуты (если смотреть с центра картриджа) и характеризоваться направленной внутрь гладкой поверхностью. Округлый выступ (162) может быть предусмотрен между парами впускных отверстий (33), ведущих в камеру (6) для ингредиентов напитка. Один или несколько округлых выступов (162) обеспечивают преимущество, заключающееся в том, что они могут способствовать растворению одного или нескольких ингредиентов напитка, во-первых, за счет пропускания поступающей водной среды через участки проточной части с уменьшенной площадью поперечного сечения, что приводит к увеличению сдвигающих усилий и повышению скорости потока, в результате чего улучшается растворение ингредиентов. Во-вторых, один или несколько округлых выступов (162), в случае их расположения между парами впускных отверстий (33), обычно уменьшают объем «мертвых зон» в камере (6) для ингредиентов напитка. Под «мертвой зоной» следует понимать часть или части объема камеры (6) для ингредиентов напитка, куда обычно не попадает циркулирующий поток водной среды и/или напитка. Например, было установлено, что в случае с кольцевой камерой (6) для ингредиентов напитка, характеризующейся наличием четырех равноудаленных и радиально направленных впускных отверстий (33), расположенных относительно друг друга под углами, скажем, 0°, 90°, 180° и 270°, «мертвыми зонами», до которых не доходит циркулирующий поток, будут участки у боковой стенки, расположенные относительно друг от друга под углами 45°, 135°, 225° и 315°.
Как показано на фиг. 27, камера (6) для ингредиентов напитка может содержать одну или несколько отдельных камер (164) и (165), в каждой из которых содержится определенный ингредиент или ингредиенты напитка. Например, в первой камере (165) может содержаться сахар или ингредиент/ингредиент напитка с сахаром, а во второй камере (164) - ингредиент или ингредиенты, содержащие шоколад. Каждая отдельная камера содержит, по меньшей мере, одно впускное отверстие (33а) и (33b), обеспечивающее поступление водной среды в камеру; и, по меньшей мере, часть первого фильтра (8), через которую напиток выходит из камеры. Такая схема обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что она позволяет подстраивать размер и количество впускных отверстий, а также размер и количество фильтрующих отверстий под каждый ингредиент напитка.
Как показано на фиг. 28, камера (6) для ингредиентов напитка может содержать специальную камеру (168) для подготовки потока, в которую водная среда поступает в первом состоянии, и выходит в оставшуюся часть камеры для ингредиентов напитка во втором состоянии. К первому и второму состояниям может относиться один или несколько следующих параметров: первая и вторая скорости потока, первое и второе направления потока и первый и второй составы потока. Например, камера (168) для подготовки потока может содержать наклонную стенку (167) для преобразования входящего потока водной среды, первое состояние которой характеризуется относительно малой скоростью потока, радиальным направлением (169) потока и составом в виде чистой воды, в поток водной среды во втором состоянии, которое характеризуется относительно высокой скоростью потока, касательным направлением (166) потока и составом в виде смеси воды с одним или несколькими ингредиентами напитка.
Как показано на фиг. 29, камера (6) для ингредиентов напитка может содержать элемент в виде пластины (175), которая изначально опирается на слой одного или нескольких ингредиентов напитка. Пластина (175) может быть, в частности, использована там, где впускное отверстие или отверстия (33), ведущие в камеру для ингредиентов напитка, располагаются в нижней части или ближе к нижней части указанной камеры. В процессе приготовления напитка, по мере того, как один или несколько его ингредиентов постепенно растворяются под пластиной (175), нерастворенная часть ингредиента напитка, находящаяся сверху, под весом пластины (175) (которая может быть выполнена с возможностью свободного перемещения в пределах камеры (6) для ингредиентов напитка) опускается в канал, по которому поступает входящая водная среда. Пластина (175) может содержать отверстия (176), позволяющие водной среде и/или напитку циркулировать под и над этой пластиной в процессе приготовления напитка, как это показано стрелками (177).
Как показано на фиг. 30, камера (6) для ингредиентов напитка может содержать поворотную мешалку (178) в сборе с лопатками. Поворотная мешалка (178) в сборе с лопатками может содержать одну или несколько лопаток или лопастей (179), которые разбивают комки порошкообразного ингредиента напитка по мере вращения поворотной мешалки (178) в сборе с лопатками в камере (6) для ингредиентов напитка. Вращение поворотной мешалки (178) в сборе с лопатками обусловлено перемещением водной среды, и в этом случае вращение может быть усилено за счет подачи водной среды в виде струи в камеру (6) для ингредиентов напитка с тангенциальной составляющей с целью создания завихренного потока в камере (6) для ингредиентов напитка.
Как показано на фиг. 31-32, камера (6) для ингредиентов напитка может содержать один или несколько отбойников, ориентированных таким образом, чтобы порождать в камере (6) для ингредиентов напитка вертикальные завихрения. В примере по фиг. 31 в качестве части внутреннего элемента (3) предусмотрен криволинейный отбойник (190), принимающий на себя входящий поток водной среды, поступающий в виде струи в камеру для ингредиентов напитка в нижней части камеры. Криволинейный отбойник (190) направляет поток вверх таким образом, чтобы создавалось вертикальное завихрение потока, как это показано стрелкой (191). В примере по фиг. 32 на основании камеры (6) для ингредиентов напитка вблизи точки (33) входа предусмотрен отбойник (193), который сначала направляет входящий поток внутрь с последующим образованием вертикального завихрения, которое обозначено стрелкой (194).
Настоящее изобретение было описано выше на примере его реализации, содержащим корпус (2) или (202) и внутренний элемент (3), (103) или (203), которые представляют собой отдельные элементы, соединяемые в процессе сборки картриджа. В альтернативном варианте корпус (2) или (202) может быть выполнен заодно с внутренним элементом (3), (103) или (203).
Настоящее изобретение было описано выше на примере его реализации, воплощенном в картридже, который составляется, помимо прочих частей, из наружного элемента (2) и внутреннего элемента (3). В частности, сужение было описано как участок, ограниченный частями корпуса (2) или (202) и внутреннего элемента (3), (103) или (203). Однако следует понимать, что настоящее изобретение применимо также к отверстиям, выполненным в едином элементе, а не только полученным за счет соединения двух составных частей.
Один или несколько ингредиентов напитка могут представлять собой порошок, сгущенную жидкость или гель. Описанный картридж пригоден для любого продукта, образующего сгустки или комки, или содержащего частицы, с трудом растворяющиеся в водной среде. Например, в качестве ингредиентов напитка могут использоваться сиропы с ароматическими добавками, сгущенный шоколад, витаминные добавки или смесь шоколадных порошков, содержащая нерастворимые частицы какао-порошка, размер которых обычно составляет 0,5-2 мм.
Картридж (1), (101) или (201) может представлять собой жесткое, полужесткое или гибкое устройство. Корпус (2) может быть выполнен в виде единой неразъемной детали, изготовленной из полиэтилена, полипропилена, полистирола или полиэфира высокой плотности; или же из слоистого материала, состоящего из двух и более указанных полимеров. Корпус (2) или (202) может быть непрозрачным, прозрачным или полупрозрачным. Корпус (2) или (202) и/или внутренний элемент (3), (103) или (203) могут быть выполнены из биоразлагаемого полимера.
Корпус (2) или (202), описанный выше, обычно имеет круглую или дискообразную форму. В альтернативном варианте корпус (2) или (202) может характеризоваться иной формой, пригодной для установки в соответствующее устройство для приготовления напитков; например, корпус (2) или (202) может иметь форму усеченного корпуса или чашеобразную форму.
Картридж (1), (101) или (201) может закрываться жесткой или полужесткой крышкой, а не гибкой крышкой из слоистого материала.