НАБОР КАПСУЛ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В УСТРОЙСТВЕ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПИЩИ
SET CAPSULES FOR APPLICATION IN DEVICE FOR COOKING

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к набору капсул для применения в устройстве для приготовления пищи, например в устройстве для приготовления жидкой пищи, причем каждая капсула предназначена для помещения в нее по меньшей мере одного ингредиента, который следует хранить отдельно, но применять одновременно с другими ингредиентами.
Уровень техники
Устройства для приготовления напитка хорошо известны в области пищевых технологий и потребительских товаров. Такие устройства позволяют потребителю готовить дома напиток определенного типа, например напиток на основе кофе, такой как эспрессо или кофе заварного типа.
Сегодня большинство устройств для приготовления напитка в домашних условиях содержат систему, состоящую из устройства, способного вмещать порционные ингредиенты для приготовления напитка. Такие порции могут представлять собой мягкие таблетки, пластинки или саше, но все чаще в системах применяют полутвердые или твердые порции, такие как твердые таблетки или капсулы. В изложении ниже будет считаться, что устройство для напитка в соответствии с изобретением представляет собой устройство для приготовления напитка, работающее с твердой или полутвердой капсулой.
Устройство содержит приемную часть или полость для размещения указанной капсулы и систему для подачи жидкости, предпочтительно воды, под давлением в капсулу. Вода, подаваемая под давлением в капсулу, для приготовления кофейного напитка в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно является горячей, то есть имеет температуру более 70 °C. Однако в некоторых конкретных случаях она также может иметь температуру окружающей среды или даже быть охлажденной. Давление внутри капсульной камеры во время экстракции и/или растворения содержимого капсулы составляет, как правило, от приблизительно 100 до приблизительно 800 кПа (от приблизительно 1 до приблизительно 8 бар) для растворения продуктов и от приблизительно 200 до приблизительно 1200 кПа (от приблизительно 2 до приблизительно 12 бар) для экстракции обжаренного и молотого кофе. Такой способ приготовления существенно отличается от способа приготовления напитков, называемого «завариванием», в частности, для чая и кофе, тем, что заваривание включает длительное настаивание ингредиента жидкостью (например, горячей водой), тогда как способ приготовления напитка позволяет потребителю приготовить напиток, например кофе, в течение нескольких секунд.
Известен принцип экстракции и/или растворения содержимого закрытой капсулы под давлением, и, как правило, он состоит из вставки капсулы в приемную часть или полость устройства, подачи в капсулу некоторого количества воды под давлением по существу после прокалывания поверхности капсулы прокалывающим инжекционным элементом, таким как игла для подачи жидкости, установленная на устройстве, для создания внутри капсулы среды с избыточным давлением либо для экстракции вещества, либо для его растворения, а затем высвобождения экстрагированного вещества или растворенного вещества через капсулу. Капсулы, позволяющие применять этот принцип, уже описаны, например, в европейских патентах №№ EP 1472156 B1 и EP 1784344 B1 заявителя.
Устройства, позволяющие применять этот принцип, уже описаны, например, в патентах CH 605 293 и EP 242 556. В соответствии с этими документами, устройство содержит приемную часть или полость для капсулы и перфорационно-инжекционный элемент, выполненный в виде полой иглы, содержащей в своей дистальной части одно или более отверстий для подачи жидкости. Игла выполняет двойную функцию: с одной стороны, она открывает верхний участок капсулы, а с другой стороны, она формирует канал для введения в капсулу воды.
Устройство дополнительно содержит резервуар для жидкости — в большинстве случаев эта жидкость представляет собой воду — для хранения жидкости, которую применяют для растворения и/или настаивания, и/или экстрагирования под давлением ингредиента (-ов), содержащегося (-ихся) в капсуле. Устройство содержит нагревательный элемент, такой как котел или теплообменник, который способен нагревать применяемую в нем воду до рабочих температур (в классическом варианте — до температур 80–90°C). Наконец, устройство содержит насосный элемент для циркуляции воды из резервуара в капсулу, необязательно через нагревательный элемент. Путь циркуляции воды в пределах устройства выбирается, например, посредством переключающего клапана, такого как, например, пульсирующий клапан, относящийся к типу, описанному в заявке на европейский патент EP 2162653 A1 заявителя.
Если приготавливаемым напитком является кофе, одним из интересных подходов к приготовлению кофе является предоставление потребителю капсулы, содержащей обжаренный и молотый кофе порошкообразного помола, который необходимо экстрагировать путем подачи в капсулу горячей воды.
Во многих случаях устройство содержит держатель капсулы для удержания капсулы, который предназначен для вставки в соответствующую полость или приемную часть устройства и извлечения из них. Когда держатель капсулы введен внутрь устройства функциональным образом, и в него загружена капсула, средство подачи воды в устройстве может иметь соединение по текучей среде с капсулой для подачи в нее воды с целью приготовления пищи, как описано выше. Держатель капсулы был описан, например, в европейском патенте EP 1967100 B1 заявителя.
Капсулы разработаны для такого применения при приготовлении пищи и, в частности, для приготовления напитка, которые описаны и заявлены в европейском патенте EP 1784344 B1 заявителя или в заявке на европейский патент EP 2062831 заявителя.
Вкратце, такие капсулы, как правило, содержат:
– полый корпус и впускную стенку, которая является непроницаемой для жидкостей и воздуха и которая прикреплена к корпусу и выполнена с возможностью прокалывания, например, инжекционной иглой устройства;
– камеру, содержащую слой обжаренного и молотого кофе для экстрагирования или растворимый ингредиент, или смесь растворимых ингредиентов;
– алюминиевую мембрану, расположенную у нижнего конца капсулы и закрывающую капсулу, для удержания внутреннего давления в камере.
Алюминиевая мембрана выполнена с возможностью прокалывания прокалывающими средствами, которые либо встроены в капсулу, либо размещены за пределами указанной капсулы, например в пределах держателя капсулы устройства.
Прокалывающие средства выполнены с возможностью прокалывания в алюминиевой мембране выпускных отверстий, когда внутреннее давление внутри камеры достигает определенного предварительно заданного значения.
Также необязательно капсула может дополнительно содержать средство, выполненное с возможностью ослабления струи жидкости для снижения скорости струи жидкости, подаваемой в капсулу, и распределения жидкости по слою вещества при пониженной скорости.
Капсулы предшествующего уровня техники содержат впускную стенку или мембрану (называемую «верхней мембраной»), которая подлежит прокалыванию элементом для подачи жидкости (например, иглой) устройства для приготовления напитка, который является частью жидкостной системы. После подачи жидкости в отделение капсулы давление возрастает, что служит средством экстракции для экстрагирования и/или растворения ингредиентов, содержащихся внутри капсулы, как описано выше. Такими ингредиентами могут быть, например, слой обжаренного и молотого кофе. Альтернативно или в комбинации с обжаренным и молотым кофе ингредиенты могут представлять собой растворимые ингредиенты, такие как, например, готовые смеси для приготовления напитка.
В настоящее время для идентификации капсул устройством применяется несколько систем, но главным недостатком существующих решений является относительно высокая стоимость систем идентификации и/или сложность и стоимость капсулы, выполненной с возможностью такой идентификации. Такие системы идентификации включают в себя, без ограничений: распознавание цвета, штрих-коды, распознавание выступов, канавок или других искусственных элементов, расположенных на поверхности капсулы, электропроводность, сопротивление и по существу все известные средства для распознавания или идентификации капсулы с помощью электрического тока или магнитного поля. До настоящего времени не было предложено надежных и экономически эффективных систем, которые не содержали бы упомянутых выше недостатков и вместе с тем позволяли бы применять различные типы капсул, например для применения в многорецептурных системах для приготовления напитка.
Поэтому цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить решение для приготовления напитка, включающее в себя улучшенный и упрощенный способ обмена данными между капсулами с ингредиентами и устройством для приготовления напитка.
Раскрытие изобретения
Указанная выше цель достигается путем применения набора из по меньшей мере двух капсул, каждая из которых содержит по меньшей мере один конкретный пищевой ингредиент, причем капсулы выполнены с возможностью альтернативной функциональной вставки в варочную полость устройства для приготовления пищи для приготовления многоингредиентного пищевого продукта, причем набор отличается тем, что каждая капсула в наборе содержит по меньшей мере один деформируемый участок, который деформируется при вставке указанной капсулы в полость устройства и/или при закрытии указанной полости, так что по меньшей мере один рабочий параметр устройства задается путем определения силы реакции на полость устройства со стороны деформированного деформируемого участка, причем указанный набор дополнительно отличается тем, что разные капсулы в наборе содержат деформируемые участки с разными предварительно определенными механическими свойствами, что позволяет настроить функциональные параметры варки в устройстве в соответствии с каждой вставленной в него капсулой.
Фраза «по меньшей мере один деформируемый участок» капсулы означает, что по меньшей мере одна часть капсулы имеет форму или изготовлена из материала, позволяющего механически (упруго или пластически) деформировать эту часть путем приложения к ней нагрузки. Эта механическая деформация по меньшей мере одного участка капсулы вызывается механической нагрузкой, прилагаемой устройством к капсуле во время вставки капсулы в полость устройства и/или во время закрытия полости устройства для функционального вмещения указанной капсулы. Ниже приведено подробное описание некоторых вариантов осуществления.
Термин «деформационные свойства» означает, что каждый объект — в данном случае деформируемый участок капсулы — характеризуется специфическим поведением материала, которое зависит от формы участка и материала, из которого он изготовлен. Закон поведения деформируемого материала гласит, что сила, с которой деформируемый участок капсулы противодействует прилагаемой нагрузке, под действием которой он смещается из положения равновесия, зависит от расстояния, на которое смещается указанный язычок из этого положения равновесия. Другими словами, в зависимости от типа материала, размеров и геометрической формы каждого объекта, а также приложенных сил, могут возникать различные типы деформации.
Термин «рабочие данные» означает любые данные, функционально относящиеся к эксплуатации устройства, другими словами, любые данные, которые могут применяться электронными модулями устройства для задания параметра приготовления напитка. Точнее говоря, рабочие данные соответствует заданному значению параметра приготовления напитка, например, если параметр приготовления напитка представляет собой температуру воды, рабочие данные будут представлять собой значение этой температуры воды, запрограммированное на электронной плате устройства, так что при определенной соответствующей температуре указанная электронная плата активирует водонагреватель для нагрева воды. В данном примере устройства для приготовления пищи или напитка применяемая температура воды, которая смешивается с подготовленным ингредиентом для приготовления конечного пищевого продукта или напитка, по существу находится в диапазоне от 4°С до 100°С, предпочтительно в диапазоне от 12°C до 85°C. В качестве более точного примера, в большинстве представленных на рынке устройств для приготовления напитка применяются две различные температуры в зависимости от типа приготавливаемого напитка. В этом случае рабочие данные устройства, которые соответствуют температуре воды, могут представлять собой значение «горячая» или «холодная» в зависимости от типа завариваемого напитка (очевидно, что такое значение кодируется в электронной программе устройства в виде цифрового значения).
В наиболее предпочтительном варианте осуществления изобретения деформируемый участок каждой капсулы выбирают из следующего списка:
(i) ряд языкообразных выступов;
(ii) участок в виде спиральной пружины;
(iii) гофрированный участок боковых стенок капсулы;
(iv) кольцо с рядом гибких искривленных дуг, которые проходят внутрь и вверх от самой нижней внутренней поверхности кольца к центру указанного кольца;
(v) ряд искривленных ориентированных вниз выступов, которые проходят от нижнего края капсулы;
(vi) деформируемая область верхней мембраны капсулы в комбинации с углубленным участком верхнего края капсулы;
(vii) ряд волнообразных выступов, расположенных на периферии верхнего края капсулы;
или их комбинация.
Предпочтительно деформируемый участок располагается на периферии наружной поверхности указанной капсулы, более предпочтительно — в верхнем участке указанной капсулы.
В первом варианте осуществления изобретения по меньшей мере один из внешних размеров по меньшей мере одной капсулы в наборе может быть больше, чем соответствующие внутренние размеры полости, и в этом случае деформируемый участок расположен с возможностью упругого сжатия указанной капсулы и ее посадки внутрь указанной полости, когда последняя закрыта в функциональной конфигурации.
Во втором альтернативном варианте осуществления изобретения по меньшей мере один из внешних размеров по меньшей мере одной капсулы в наборе меньше, чем соответствующие внутренние размеры полости, и в этом случае деформируемый участок расположен с возможностью упругого расширения указанной капсулы и ее посадки внутрь указанной полости, когда последняя закрыта в функциональной конфигурации.
Преимущественно деформируемый участок каждой капсулы в наборе выполнен с возможностью деформации с амплитудой в диапазоне от 0,1 мм до 20 мм, предпочтительно в диапазоне от 0,15 мм до 10 мм, более предпочтительно в диапазоне от 0,5 мм до 5 мм. Кроме того, указанный деформируемый участок предпочтительно ориентирован так, что он деформируется вдоль оси D, которая по существу параллельна вертикальной оси указанной капсулы.
Деформируемый участок капсулы также деформируется под действием силы, составляющей от 0,2 Н до 500 Н, предпочтительно от 20 Н до 300 Н.
В другом аспекте этого изобретения настоящая заявка относится к системе для приготовления пищи, содержащей набор из по меньшей мере двух капсул с ингредиентами, как описано выше, и устройство для приготовления пищи, выполненное с возможностью функционального взаимодействия с указанными капсулами, причем указанное устройство содержит полость для альтернативного приема указанных капсул, так что пищевой продукт может быть получен в последних путем подачи жидкости из указанного устройства в указанную капсулу, причем система отличается тем, что указанная полость содержит чувствительный к давлению (точнее, чувствительный к силе) участок, выполненный с возможностью взаимодействия с деформируемым участком каждой капсулы для передачи рабочих данных от указанной капсулы к указанному устройству; причем указанные данные зависят от деформационных свойств указанного деформируемого участка, в частности, зависят от силы реакции, создаваемой деформируемым участком каждой капсулы при деформации указанного участка путем введения капсулы в варочную полость устройства и/или при замыкании указанной полости вокруг указанной капсулы.
Преимущественно указанный чувствительный к давлению участок связан с платой управления указанного устройства, так что взаимодействие между указанным чувствительным участком устройства и указанным деформируемым участком капсулы способно инициировать некоторую операцию внутри указанного устройства, когда деформируемый участок капсулы передает механическую деформацию на указанный чувствительный к давлению участок, причем указанная операция может являться подтверждением включения или выключения указанного устройства и/или задает параметр приготовления пищи, выбранный из следующего списка (без ограничений): объем, температура и/или вязкость выдаваемого пищевого продукта, давление жидкости, подаваемой внутрь капсулы, и/или время настаивания/перемешивания.
Также предпочтительно указанный чувствительный к давлению участок представляет собой датчик давления, соединенный с электрическим переключателем.
В любом случае пищевой продукт предпочтительно представляет собой жидкий или полужидкий продукт, приготовленный внутри капсулы путем подачи жидкости, которая смешивается с содержащимся в капсуле ингредиентом, при давлении в диапазоне от 50 до 3000 кПа (от 0,5 до 30 бар), предпочтительно в диапазоне от 100 до 2000 кПа (от 1 до 20 бар), более предпочтительно при давлении в диапазоне от 200 до 1500 кПа (от 2 до 15 бар).
Общий принцип, лежащий в основе изобретения, состоит в том, что деформация, действующая на деформируемый участок капсулы, подчиняется закону поведения материала, который гласит, что сила, создаваемая при деформации указанного деформируемого участка, напрямую зависит от указанной деформации, независимо от типа деформации: сжатия, изгиба или кручения. При всех типах деформации закон поведения материала гласит, что сила противодействия со стороны пружины, или язычка, или скрученного участка зависит от изменения его равновесной длины, как показано ниже:
F = f(x),
x
где  — вектор перемещения, т. е. величина и направление деформации деформируемого участка относительно его равновесной длины;
f(x)
— величина и направление восстанавливающей силы, создаваемой пружиной.
Спиральные пружины и другие обычные пружины, как правило, подчиняются закону Гука. Однако существуют применяемые на практике пружины, которые не подчиняются этому закону: например, пружины продольного изгиба могут создавать силы, которые изменяются нелинейно в зависимости от сдвига.
В случае настоящего изобретения предполагается, что деформируемый участок капсулы представляет собой сложный пружинный элемент, который при деформации производит силу, которая необязательно линейно связана с амплитудой деформации. Когда капсула вставлена в полость устройства и/или когда капсула находится внутри полости и устройство закрыто, деформируемый участок капсулы механически деформируется и создает в ответ силу реакции, противодействующую части полости устройства, которая упирается в него. Эта сила реакции измеряется с помощью датчика силы, встроенного в устройство. Измеренное значение силы преобразуется устройством в по меньшей мере одно значение рабочего/функционального параметра, такого как определенный уровень температуры, давления подачи, объема воды, который должен быть подан в капсулу, или комбинацию таких параметров. Это преобразование осуществляется путем предварительного (т. е. на заводе-изготовителе) программирования устройства, так что с каждым значением силы деформации, измеренным на деформируемом участке капсулы, устройство связывает соответствующее предварительно определенное значение параметра приготовления напитка. В течение всего этапа деформации деформируемого участка может быть измерено несколько значений силы, каждое из которых соответствует одной амплитуде деформации. Например, могут быть измерены три разных значения силы реакции: одно — когда деформируемый участок деформируется на 0,1 мм, затем второе значение силы — когда деформируемый участок деформируется на 0,5 мм, и последнее значение — когда устройство полностью закрыто, что соответствует, например, полной деформации деформируемого участка на 1,2 мм. Для каждого из этих трех этапов деформации измеряется одно конкретное значение силы, каждое из которых может быть переведено в цифровое значение для задания параметра приготовления напитка в устройстве. Например, первое измеренное значение силы соответствует значению температуры в градусах Цельсия, второе измеренное значение силы соответствует давлению подачи воды в кПа (бар), а последнее измеренное значение силы соответствует объему воды, подаваемой в капсулу с помощью насоса устройства. В зависимости от механических свойств капсулы, которую вставляют в устройство, точнее, в зависимости от таких механических параметров, как форма (геометрия) деформируемого участка, число деформируемых участков в капсуле, материал, который применяется для изготовления деформируемого участка, положение деформируемого участка относительно датчика силы, встроенного в устройство, при одной и той же амплитуде деформации при измерении будут получены разные значения силы. В результате устройство может отрегулировать свои установки (выдаваемый объем, температура готового продукта, объем готового продукта) на основании механических деформационных свойств капсулы.
Термин «пища» означает съедобный продукт любого рода. Он включает в себя, без ограничений: пастообразные, полужидкие, жидкие продукты, имеющие большую или меньшую вязкость, такие как жидкие напитки (например, чай, кофе, напитки на основе шоколада, супы), пюре, мороженое или сорбеты, мягкое мороженое, йогуртовые продукты, детское питание, такое как молочные смеси, продукты на основе злаков.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения указанные пищевые продукты являются жидкими или полужидкими и, в частности, охлажденными, имеющими температуру окружающей среды или горячими напитками. В приведенном ниже описании для примера будет считаться, что капсула в соответствии с изобретением применяется с устройством для приготовления жидкого напитка.
Краткое описание чертежей
Дополнительные элементы и преимущества настоящего изобретения раскрыты в описании (будут очевидны из этого описания) предпочтительных в настоящее время вариантов осуществления, которые приведены ниже со ссылкой на чертежи, где:
на фиг. 1 представлен схематичный вид в перспективе устройства для приготовления пищи/напитка, подходящего для применения с капсулой с ингредиентом в соответствии с изобретением;
на фиг. 2A и 2B представлены схематичные виды в перспективе капсулы в соответствии с изобретением, вставленной в открытую и, соответственно, закрытую приемную часть устройства для приготовления пищи/напитка;
на фиг. 3–9 представлены схематичные виды в перспективе семи вариантов осуществления капсулы в соответствии с изобретением;
на фиг. 10A и 10B представлены схематичные виды в перспективе восьмого варианта осуществления капсулы в соответствии с изобретением;
на фиг. 11 представлен схематичный вид в перспективе девятого варианта осуществления капсулы в соответствии с изобретением;
на фиг. 12A и 12B представлены схематичные виды в перспективе десятого варианта осуществления капсулы в соответствии с изобретением;
на фиг. 13A и 13B представлены схематичные виды в перспективе одиннадцатого варианта осуществления капсулы в соответствии с изобретением;
на фиг. 14A и 14B представлены схематичные виды в перспективе двенадцатого варианта осуществления капсулы в соответствии с изобретением;
на фиг. 15A–15C представлены схематичные виды в перспективе тринадцатого варианта осуществления капсулы изобретения;
на фиг. 16A–16C схематически и графически представлено развитие упругой деформации твердого деформируемого механического элемента в зависимости от приложенной к нему силы при, соответственно: линейном сжатии или растяжении, изгибе и кручении (т. е. скручивании);
на фиг. 17 схематически и графически представлено развитие упругой и пластической деформации твердого деформируемого механического элемента в зависимости от приложенной к нему силы (сплошная линия) и его восстановления после снятия приложенной силы (пунктирная линия).
Осуществление изобретения
Предполагается, что каждая капсула из набора в соответствии с настоящим изобретением применяется с устройством для приготовления напитка, показанным на фиг. 1, формируя таким образом систему для приготовления напитка.
Как показано на фиг. 1, устройство 1 содержит корпус 2 устройства, резервуар 3 для воды, который можно снимать с корпуса 2 устройства для пополнения. Корпус 2 содержит кнопку 4 включения/выключения. Устройство 1 дополнительно содержит экстракционную головку 5. Головка 5 содержит переключатель 6 температуры воды для горячей или холодной воды, фиксирующий рычаг 7 и отверстие 8 для вставки держателя 9 капсулы. Устройство 1 дополнительно содержит поддон 10 для чашек для удержания чашки под экстракционной головкой.
Держатель 9 капсулы выполнен с возможностью приема капсулы 11. На фиг. 2A и 2B представлен вид сбоку в разрезе держателя 9 капсулы, в который помещена капсула 11, причем указанный держатель 9 и капсула 11 вставлены в соответствующую приемную часть экстракционной головки. Держатель 9 капсулы содержит участок 12 корпуса, выполненный в качестве приемной части для капсулы 11, и дополнительно содержит рукоятку 13.
Каждая капсула 11 в наборе содержит корпус капсулы, который имеет по существу форму усеченного конического тела, закрытого снизу нижней стенкой, выполненной зацело с боковыми стенками корпуса. В центре нижней стенки содержится отверстие, которое служит в качестве выпускного отверстия, через которое приготовленный в указанной капсуле напиток может вытекать из нее в подставленную под капсулу чашку. Капсула дополнительно содержит выполненную с возможностью прокалывания алюминиевую мембрану, которая герметично закреплена внутри капсулы около нижней стенки, а также прокалывающую пластину для прокалывания указанной алюминиевой мембраны при увеличении давления внутри капсулы. Прокалывающая пластина расположена между алюминиевой мембраной и нижней стенкой капсулы. Наконец, сверху капсула закрыта выполненной с возможностью прокалывания мембраной. Капсула выполнена непроницаемой для влаги и кислорода.
Более конкретно, на фиг. 2A представлена капсула 11, загруженная внутрь указанного держателя 9 капсулы, причем оба компонента вставлены в экстракционную головку 5, когда последняя находится в открытом положении. В этом открытом положении фиксирующий рычаг 7 находится в верхнем разблокированном положении. Экстракционная головка 5 содержит подвижную игольную пластину 14 с иглой 15, выполненную с возможностью прокалывания насквозь стенки капсулы и подачи воды (или другой жидкости) под давлением внутрь капсулы. Вода под давлением нагнетается насосом устройства из резервуара 3 для воды через систему труб (не показана) и гидросоединения 16 экстракционной головки 5. Когда экстракционная головка 5 находится в открытом положении, игольная пластина помещена на удалении от держателя капсулы, а также иглы 15, которая находится на расстоянии от капсулы, как показано на фиг. 2A.
Когда потребитель нажимает на фиксирующий рычаг 7 вниз, как показано на фиг. 2B, игольная пластина 14 перемещается вниз, и экстракционная головка 5 закрывается. В этом положении игла 15 прокалывает насквозь верхнюю стенку капсулы и находится в надлежащей конфигурации для подачи в нее воды под давлением.
Другими словами, очевидно, что экстракционная головка 5 устройства содержит приемную часть для капсулы, имеющую объем и форму, по существу аналогичные внешнему объему и форме капсулы. Приемная часть для капсулы указанной экстракционной головки образуется держателем 9 капсулы и игольной пластиной 14, расположенной над держателем капсулы. Игольная пластина выполнена с возможностью перемещения по существу вертикально к указанному держателю капсулы и от него, чтобы, соответственно, закрывать и открывать приемную часть для капсулы. Когда игольная пластина поднята над держателем капсулы, т. е. когда экстракционная головка находится в открытом положении, держатель капсулы можно перемещать внутрь экстракционной головки или из нее наподобие выдвижного ящика. На фиг. 2B представлена закрытая экстракционная головка с вставленным в нее держателем капсулы, в который загружена капсула, и игольная пластина в закрытом (т. е. перемещенном вниз) положении. Как видно на фиг. 2B, в этом закрытом положении внешний объем и форма капсулы по существу соответствуют объему и форме приемной части, образуемой держателем капсулы и игольной пластиной.
Как говорилось выше, цель настоящего изобретения состоит в обеспечении простого, экономически эффективного и надежного способа интеграции данных в структуру капсулы. Такие данные могут соответствовать типу ингредиента, содержащегося в капсуле, и/или могут соответствовать одному или нескольким параметрам приготовления для пищи или напитка из капсулы. Данные, интегрированные в механическую структуру капсулы, могут необязательно применяться при взаимодействии между капсулой и устройством. Например, такие данные могут считываться механическим считывающим устройством 40, таким как датчик силы давления, установленный на заводе-изготовителе, для считывания и контроля качества изготовленных на линии капсул.
Датчик 28 давления может быть установлен внутри устройства в любом подходящем месте, где указанный датчик сможет измерять упругую и/или пластическую деформацию капсулы при введении последней в приемную часть для капсулы устройства или при закрытии указанной приемной части для капсулы. Например, датчик 28 может быть интегрирован в игольную пластину 14, как показано на фиг. 2A и 2B, и функционировать так, чтобы сразу после введения капсулы внутрь держателя капсулы в устройстве датчик 28 смог измерить деформацию капсулы при закрытии полости для приема капсулы в устройстве и приведении указанной игольной пластины 14 в контакт с упруго деформируемым участком капсулы, как показано на фиг. 2B. В этом положении, как показано на фиг. 2B, упруго деформируемый участок капсулы (описание нескольких альтернативных вариантов осуществления таких деформируемых участков будет приведено ниже) упруго деформируется, из-за чего создается сила деформации, которая может быть измерена устройством по мере того, как датчик 28 входит в контакт с капсулой и прижимается к ней. Измеренная величина механической деформации преобразуется программой, сохраненной в памяти электронного чипа устройства, в рабочие данные устройства, такие как значение температуры воды или объема воды для нагнетания через капсулу из резервуара устройства.
Капсула для набора в соответствии с изобретением имеет особые преимущества с точки зрения контроля качества, поскольку она обеспечивает дешевый и надежный способ считывания и сравнения данных механических свойств капсулы. Как правило, в капсулы, имеющие один и тот же внешний вид, могут быть заключены различные ингредиенты. В соответствии с настоящим изобретением, один параметр наполнения можно адаптировать к механическим свойствам капсулы, например чтобы обеспечить присутствие в капсуле ингредиента одного конкретного типа в достаточном количестве. В этом случае производственная линия завода-изготовителя будет оснащена весами, которые будут взвешивать каждую капсулу, и датчиком силы давления, который будет измерять упругие свойства деформируемого участка капсулы. Такой способ является надежным, быстрым и недорогим. Более того, тот факт, что определение данных, содержащихся в структуре капсулы, осуществляется в пределах диапазона упругой деформации материала, гарантирует, что капсула не будет повреждена, и в то же время проверяет относительно большой спектр возможных закодированных значений.
Альтернативно или дополнительно к контролю качества на заводе-изготовителе изобретение может быть применимо при вставке капсулы внутрь устройства для приготовления напитка. Как правило, данные, содержащиеся в деформируемом участке указанной капсулы, могут считываться датчиком давления, который интегрирован в устройство для приготовления напитка или альтернативно в держатель капсулы. Датчик давления фактически может быть интегрирован в любое место устройства или держателя капсулы с тем условием, что указанный датчик находится в контакте с капсулой, в частности, с деформируемым участком последней, когда указанная капсула функционально вставлена внутрь устройства и/или держателя капсулы.
Ввиду пружинного эффекта, со стороны капсулы на устройство, точнее на датчик давления (точнее, датчик силы), интегрированный в указанное устройство, действует сила противодействия.
В зависимости от силы противодействия, измеренной датчиком давления, устройство считывает по меньшей мере одно значение данных приготовления напитка, относящееся к ингредиенту, содержащемуся в капсуле, и/или параметры для приготовления напитка из указанного ингредиента. Перевод измеренного значения противодавления в данные выполняется с применением компьютерного чипа, интегрированного внутрь устройства, который преобразует измеренное давление в код параметра приготовления напитка или в любые другие аналогичные данные, такие как тип вставленной капсулы или тип ингредиента напитка, содержащегося внутри капсулы.
Деформируемый участок капсулы 11 может принимать различные формы и размеры, некоторые из которых будут более подробно описаны в качестве примеров со ссылкой на прилагаемый чертеж.
В первом варианте осуществления, показанном на фиг. 3, деформируемый участок капсулы 11 может принимать форму ряда волнообразных выступов 17, расположенных на периферии верхнего края 18 капсулы. Число волнообразных выступов 17 по периферии верхнего края 18 капсулы может варьироваться в зависимости от силы (противодавления), требуемой для передачи данных, в соответствии с принципом изобретения. Как показано на фиг. 4, число волнообразных выступов 17 при необходимости может быть уменьшено по сравнению с числом выступов на капсуле, показанной на фиг. 3.
Когда капсулу в соответствии с данным первым вариантом осуществления помещают в держатель капсулы и функционально вставляют в соответствующее углубление устройства для приготовления напитка, верхняя поверхность волнообразных выступов 17 выступает над уровнем верхней поверхности держателя капсулы. Таким образом, капсула располагается выше, чем держатель капсулы, так что когда пользователь закрывает головку устройства, как описано выше со ссылкой на фиг. 2B, нижняя поверхность игольной пластины 14 приводится в контакт с концевым участком каждого выступа 17. При опускании фиксирующего рычага 7 вниз для полного закрытия головки устройства на волнообразные выступы 17 оказывается давление со стороны игольной пластины 14, что обусловливает упругую деформацию указанных выступов 17. В результате этой деформации выступы оказывают на игольную пластину механическое противодействие. Указанная игольная пластина содержит датчик давления (не показан на чертеже), который измеряет силу противодействия, прилагаемую со стороны деформированных выступов 17. Созданная сила противодействия зависит от механических характеристик выступов 17, более конкретно она зависит от материала, из которого они изготовлены, их формы, в частности, их толщины и кривизны. Она также зависит от числа выступов, которое может варьироваться, как описано выше: Большее число выступов обеспечивает более высокое количество энергии пружинного эффекта, обусловленного деформацией указанных выступов, то есть большую силу противодействия.
Во втором варианте осуществления, представленном на фиг. 5, деформируемый участок капсулы 11 содержит множество язычков 19. Число и ширина язычков может варьироваться, и, например, на фиг. 6 представлена капсула, в которой язычков меньше, но они шире по сравнению с теми, которые показаны в варианте осуществления на фиг. 5. Язычки, показанные на фиг. 5 и 6, проходят наружу от верхнего края 18 капсулы и направлены вниз под углом в диапазоне от 0 до 70 градусов относительно горизонтальной плоскости. В этом случае кончики язычков опираются на верхнюю поверхность держателя 9 капсулы, когда в него вставлена капсула 11, как показано на фиг. 2A, так что когда пользователь закрывает экстракционную головку 5 устройства для приготовления напитка, игольная пластина 14, которая перемещается вниз, входит в контакт с верхним краем 18 капсулы и прижимает последнюю книзу во время перемещения головки 5 устройства в закрытое положение, что приводит к упругой деформации язычков 19 и перемещению их кончиков вверх для закрытия головки 5. Когда экстракционная головка закрыта, язычки 19 зажаты между верхней поверхностью держателя 9 капсулы и нижней поверхностью игольной пластины 14, так что указанные язычки ориентированы по существу в той же плоскости, что и остальная часть верхнего края 18 капсулы, как показано, например, на фиг. 2B, т. е. по существу горизонтально. Когда экстракционная головка снова открывается, и игольная пластина 14 перемещается вверх, язычки 19 перемещаются назад и снова оказываются ориентированными вниз, как показано на фиг. 5 или 6, так что вся капсула автоматически перемещается вверх из держателя 9 капсулы. В этом положении деформируемый участок капсулы, т. е. язычки 19, деформируется, и в результате механической деформации на элементы экстракционной головки устройства, в частности, на игольную пластину и интегрированный в нее датчик давления, оказывается сила противодействия, как показано на фиг. 2B. Механическая деформация измеряется датчиком и преобразуется электронным чипом устройства в рабочие данные устройства, такие как значение объема, давления или температуры воды для подачи устройством в капсулу. Механическая деформация язычков 19 может быть упругой (т. е. обратимой) или пластической (т. е. необратимой). Кроме того, датчик можно запрограммировать на измерение одного значения силы деформации в каждый заданный момент времени (например, когда экстракционная головка устройства полностью закрыта), или альтернативно датчик 28 можно запрограммировать на измерение и сохранение в памяти различных значений силы деформации, действующей на капсулу во время закрытия экстракционной головки устройства. В этом последнем случае устройство может установить для капсулы профиль деформации, зависящий от материала, который применяется для изготовления деформируемого участка капсулы (в данном варианте осуществления — материала, который применяется для изготовления язычков 19). При измерении механического профиля деформации капсулы, включающего более одного отдельного значения силы деформации, можно запрограммировать устройство на вычисление нескольких значений рабочих данных. Другими словами, кодирование установочных параметров в капсуле становится более сложным, и в структуре капсулы кодируется более одной единицы информации. Например, вместо одного значения деформирующей силы можно также закодировать температуру воды и объем воды, подаваемой внутрь капсулы, путем измерения профиля деформации. Точный алгоритм, который запрограммирован в чипе устройства, можно менять и соответствующим образом выбирать в зависимости от структуры капсулы, а также в зависимости от того, сколько различных значений рабочих данных требуется внедрить в структуру каждой капсулы.
Например, в структуре капсулы может быть закодировано только одно значение рабочих данных, например температура воды. Если требуется закодировать только два типа температуры (горячую или холодную), будут изготовлены капсулы двух различных типов, каждая из которых имеет различные типы деформируемого участка. В настоящем варианте осуществления первый тип капсул может иметь небольшие язычки, как показано на фиг. 5. При горизонтальной деформации небольших язычков вследствие полного закрытия экстракционной головки, как показано на фиг. 2B, создается сила деформации величиной, например 0,5 Н. Это значение в 0,5 Н измеряется датчиком, интегрированным в игольную пластину, и преобразуется в рабочие данные с помощью надлежащего алгоритма, например в значение «горячая» для температуры воды, так что активируется нагреватель устройства для получения горячей воды, которая подается в капсулу. Если в устройство вставлена капсула, имеющая крупные язычки 19 (как показано на фиг. 6), то сила деформации, измеренная датчиком, будет отличаться из-за другой механической структуры деформируемого участка капсулы (т. е. язычков, которые в данном случае крупнее). Поэтому чем больше язычки, тем выше их механическое сопротивление и тем выше сила деформации, например 1 Н, которая будет создаваться при закрытии экстракционной головки. В этом случае измеренная сила деформации будет преобразована устройством в значение «холодная» для температуры воды, подаваемой в капсулу.
Вместо температуры воды измеренная упругая или пластическая деформация деформируемого участка капсулы может быть преобразована в другие рабочие данные устройства.
Также деформируемым может быть не только участок капсулы, такой как язычки 19, но и вся капсула может быть изготовлена из деформируемого материала. В этом случае результат будет таким же, и датчик, встроенный в устройство так, чтобы находиться в контакте с капсулой во время закрытия и/или когда экстракционная головка закрыта, сможет измерять механическую деформацию, с тем чтобы программа устройства могла преобразовать ее в рабочие данные устройства (заданная температура воды, или давление воды, или объем воды, подаваемой внутрь капсулы).
В качестве альтернативы язычки 19 могут быть направлены вверх, как показано на фиг. 7 и 8, под углом в диапазоне от 0 до 70 градусов относительно горизонтальной плоскости. В этом варианте осуществления движение язычков 19 при деформации во время закрытия экстракционной головки устройства противоположно тому, которое описано выше в связи с фиг. 5 и 6. Точнее говоря, когда игольная пластина 14 перемещается вниз во время закрытия экстракционной головки 5, кончики язычков, показанные на фиг. 7 и 8, входят в контакт с нижней поверхностью игольной пластины 14, которая прижимает и перемещает указанные язычки 19 вниз до закрытия головки. Когда экстракционная головка находится в закрытом положении, язычки также располагаются по существу в той же плоскости, что и остальная часть верхнего края 18 капсулы, т. е. по существу горизонтально, как показано на фиг. 2B. Затем после экстракции, когда пользователь снова открывает экстракционную головку 5, игольная пластина 14 опять перемещается вверх, высвобождая язычки. Последние возвращаются в вертикальное положение для восстановления своей нормальной формы, как показано на фиг. 7 или 8.
В качестве альтернативы прямым язычкам, показанным на фиг. 5–8 и описанным выше, капсула может содержать деформируемые язычки, имеющие более сложную форму, как показано на фиг. 9. В этом случае каждый язычок 19 содержит первый нижний участок 20, который расположен по существу горизонтально и связывает язычок с остальной частью капсулы. Язычок дополнительно содержит второй промежуточный участок 21, который ориентирован вертикально, и третий верхний участок 22, который расположен по существу горизонтально, как и первый участок 20. Третий участок 22 входит в контакт с нижней поверхностью игольной пластины 14, когда экстракционная головка 5 закрыта, в то время как первый нижний участок 20 каждого язычка 19 опирается на верхнюю поверхность держателя 9 капсулы. Когда игольная пластина 14 перемещается вниз в результате закрытия экстракционной головки 5, промежуточный участок 21 каждого язычка упруго деформируется для приведения верхнего участка 22 в ту же плоскость, что и первый участок 20. Когда экстракционная головка закрыта, каждый язычок выравнивается, а упругая деформация приводит к тому, что указанный язычок создает силу противодействия, которая стремится разделить игольную пластину и держатель капсулы. Эта сила противодействия может быть измерена с помощью датчика давления, расположенного, например, в игольной пластине.
В первом и втором вариантах осуществления, описанных выше со ссылкой на фиг. 3–9, деформируемый участок капсулы расположен так, что верхний участок капсулы выступает из держателя капсулы, когда она в него вставлена. Как следствие, подходящее место для датчика давления будет располагаться в игольной пластине, так что сила противодавления, создаваемая деформированным участком капсулы, будет измеряться при контакте игольной пластины с описанными выше волнообразными выступами 17 или язычками 19 и их деформации.
Важным и совершенно понятным является то, что предпочтительно и в соответствии с представленным выше описанием со ссылкой на первый и второй варианты осуществления объем капсулы больше, чем объем приемной части в экстракционной головке устройства для приготовления напитка. Как разъяснено выше, из-за этой разности объемов между капсулой и приемной частью для нее внутри приемной части экстракционной головки капсула деформируется, когда указанная экстракционная головка закрыта, так чтобы адаптироваться к меньшему объему. Эта деформация относится, главным образом, к деформируемому участку указанной капсулы. Этот принцип считается предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Однако можно рассмотреть и другие возможности для деформирования деформируемого участка капсулы, которые будут описаны ниже со ссылкой на третий вариант осуществления и на фиг. 10A и 10B.
В третьем варианте осуществления, представленном на фиг. 10A и 10B, деформируемый участок капсулы принимает форму деформируемой области 23 верхней мембраны капсулы в комбинации с углубленным участком верхнего края 18 капсулы. Как показано на фиг. 10A, деформируемая область 23 находится в крайней наружной зоне верхней мембраны 24, где последняя герметично прикреплена к верхнему краю 18 капсулы. Эта деформируемая область 23 капсулы содержит прорези 25, которые проходят радиально в средней части области 23, как показано на фиг. 10A. Прорези 25 создают в области 23 верхней мембраны слабые и, следовательно, деформируемые гибкие участки. Кроме того, на фиг. 10B представлен углубленный участок 26 верхнего края капсулы, который гарантирует, что содержащая прорези область 23 верхней мембраны может изгибаться вниз в указанное углубление 26, когда на указанную область 23 оказывается давление со стороны капсулы.
Крайний наружный участок игольной пластины 14 устройства, показанной на фиг. 10B пунктирными линиями, содержит ряд проходящих вниз штифтообразных выступов 27, которые расположены так, чтобы контактировать с деформируемой областью 23 при закрытии экстракционной головки устройства и перемещении игольной пластины вниз к капсуле. В этом положении последняя размещена внутри держателя 9 капсулы, так что верхний край 18 опирается на верхнюю поверхность указанного держателя капсулы и выступает из нее и так что деформируемая область 23 непосредственно доступна сверху указанной капсулы. Во время закрытия экстракционной головки устройства, когда игольная пластина 14 перемещается вниз к держателю 9 капсулы и введенной в него капсуле, штифтообразные выступы 27 прижимаются к деформируемой области 23 верхней мембраны и сгибают ее вниз в углубленный участок 26. Штифтообразные выступы 27 соединены с датчиком 28 давления или являются частью указанного датчика давления, расположенного в игольной пластине 14, который регистрирует и измеряет упругую силу противодействия, создаваемую упруго деформированной областью 23 верхней мембраны.
Как уже говорилось выше, измеренная сила, прилагаемая к датчику со стороны деформированного деформируемого участка капсулы, соответствует предварительно определенному значению, которое зависит от механических свойств верхней мембраны 24, в частности, которое зависит от силовой постоянной «k» деформируемого участка капсулы. Эта измеренная сила напрямую связана со значением данных, соответствующим параметру приготовления напитка, который будет задан в устройстве. Компьютерный чип в устройстве для приготовления напитка интерпретирует измеренную силу как заданное значение для параметра приготовления напитка, такого как заданная температура для жидкости, которая будет подана внутрь капсулы, и/или заданное давление подачи жидкости, и/или заданный объем жидкости, подаваемой внутрь капсулы.
Например, если упругая сила, измеренная датчиком, составит 0,2 Н, устройство интерпретирует это значение как команду подать внутрь капсулы 60 мл воды при 83 °С. Если измеренное значение составит 0,6 Н, устройство подаст 180 мл воды при температуре окружающей среды.
В соответствии с изобретением, механические свойства и, в частности, свойства упругой деформации деформируемого участка капсулы предварительно определены путем тщательного подбора таких конструкционных параметров для деформируемого участка капсулы (в зависимости от того, какой тип деформируемого участка применяется), как: тип применяемого материала, форма деформируемого участка, например, в описанном выше третьем варианте осуществления — толщина верхней мембраны 24 и ширина и длина предварительно выполненных прорезей 25, или, как в описанных выше первом и втором вариантах осуществления, длина, толщина и угол деформируемых язычков 19, и т. д. Затем устройство программируют с возможностью перевести измеренное значение силы в заданные параметры приготовления напитка (например, объем, давление и/или температура подаваемой в капсулу жидкости).
В соответствии с каждым конкретным вариантом осуществления деформируемого участка капсулы, датчик давления в устройстве или в держателе капсулы будет соответствующим образом выполнен с возможностью измерять силу упругой деформации, создаваемую капсулой при деформации указанного деформируемого участка (на заводе-изготовителе или в устройстве во время эксплуатации).
В четвертом варианте осуществления, представленном на фиг. 11, деформируемый участок капсулы содержит ряд искривленных ориентированных вниз выступов 29, которые проходят от нижнего края 30 капсулы 11. Кривизна каждого выступа 30 обеспечивает достаточную гибкость, позволяющую последнему изгибаться под давлением. В ходе применения, когда капсулу вводят в держатель капсулы, выступы 30 опираются на соответствующий край держателя капсулы (не показан на чертеже), так что вся капсула оказывается поднятой по сравнению с капсулой, не имеющей указанных выступов, и так что верхний край 18 капсулы поднят выше уровня верхней поверхности держателя капсулы. Когда экстракционная головка устройства закрыта, игольная пластина 14 давит на верхнюю поверхность капсулы, которая перемещается вниз до тех пор, пока верхний край 18 не войдет в контакт с верхней поверхностью держателя капсулы и не начнет опираться на эту поверхность. В этом закрытом положении экстракционной головки, т. е. когда верхний край 18 зажат между держателем капсулы и игольной пластиной (как показано, например, на фиг. 2B), искривленные выступы 29 капсулы упруго деформируются вовнутрь (т. е. выступы 29 изгибаются внутрь капсулы) для уменьшения внешнего объема капсулы в соответствии с объемом приемной части для капсулы внутри экстракционной головки устройства. В этом положении упруго деформированные выступы 29 создают силу противодействия, которая направлена вертикально к верху капсулы. Эта сила противодействия может быть измерена с помощью датчика 28 давления, расположенного внутри игольной пластины или контактирующего с ней. Когда экстракционная головка устройства снова открывается, игольная пластина поднимается вверх от капсулы и держателя капсулы. При этом выступы 29 разгибаются обратно в нормальное положение, так что капсула поднимается из держателя капсулы. Помимо преимуществ, предоставляемых изобретением (т. е. капсула содержит данные параметров приготовления напитка в виде предварительно определенной силы упругой деформации, создаваемой выступами 29), этот вариант осуществления также интересен тем, что эффект упругой деформации капсулы обеспечивает эффект подъема, который облегчает обращение с применяемой капсулой и ее извлечение из держателя капсулы, когда напиток приготовлен и капсулу нужно выбросить: ввиду того, что верхний край 18 капсулы расположен над держателем капсулы, пользователю становится проще захватить указанный верхний край для извлечения капсулы из держателя капсулы.
В пятом варианте осуществления, представленном на фиг. 12A и 12B, деформируемый участок капсулы 11 содержит ряд горизонтальных язычков 31, расположенных по существу на середине высоты капсулы. Эти язычки 31 выполнены зацело с остальной частью корпуса капсулы, предпочтительно литьем под давлением. Число горизонтальных язычков 31 может варьироваться, но их должно быть по меньшей мере три, предпочтительно по меньшей мере четыре, более предпочтительно по меньшей мере десять, и они должны быть равномерно распределены по периметру капсулы. Они выходят за пределы корпуса капсулы наружу, как показано на фиг. 12A.
Когда капсулу 11 функционально вставляют в держатель 9 капсулы, как показано на фиг. 12B, нижняя часть капсулы не находится в контакте с держателем капсулы, поскольку горизонтальные язычки 31 опираются на край 32 держателя капсулы на середине его высоты. В этом положении вся капсула, за исключением горизонтальных язычков 31, поднимается вверх от держателя капсулы и не находится в контакте с ним, как показано на фиг. 12B.
Когда экстракционная головка 5 устройства закрыта, игольная пластина 14 перемещается вниз к капсуле 11 и держателю 9 капсулы. Она контактирует с верхним краем 18 капсулы и перемещает всю капсулу вниз, пока верхний край 18 и игольная пластина не войдут в контакт с верхней поверхностью держателя капсулы по принципу, показанному, например, на фиг. 2B. Когда капсула перемещается в держатель капсулы под действием давления, оказываемого игольной пластиной, язычки 31 изгибаются вверх. Упругая деформация язычков 31 создает силу противодействия, направленную вертикально вверх к игольной пластине. Аналогично предыдущим альтернативным вариантам осуществления изобретения, описанным выше, эту силу противодействия можно измерить с помощью датчика давления, который находится в прямом или косвенном контакте с верхним краем 18 капсулы.
До сих пор в описании изобретения говорилось, что упругая деформация, которой подвергается деформируемый участок капсулы, осуществляется игольной пластиной устройства во время закрытия экстракционной головки устройства. Однако следует понимать, что эта деформация может осуществляться другим способом, независимо от типа деформируемого участка капсулы. Например, игольная пластина может быть заменена пластиной для измерения давления непосредственно на производственных линиях изготовления капсул на заводе-изготовителе. В этом случае упругая деформация, обусловленная силой противодействия, создаваемой подвергнутым деформации деформируемым участком капсулы, может применяться, например, в качестве инструмента контроля качества или инструмента отслеживания для дифференциации различных типов капсул (каждого отдельного типа капсулы, содержащей отдельный ингредиент для приготовления напитка) на заводе-изготовителе. В этом случае каждая капсула удерживается на месте на производственной линии, линии наполнения и/или герметизирующей линии так же, как она удерживается на месте держателем капсулы внутри устройства для приготовления напитка. Затем измерительная пластина перемещается от верха капсулы, нажимая вниз на верхний край капсулы, и упруго деформирует деформируемый участок капсулы, как описано выше в каждом из уже описанных вариантов осуществления. Измерительная пластина содержит датчик силы давления или связана с таким датчиком напрямую или опосредованно. Измеренная сила, которая является важной характеристикой каждой капсулы, может применяться для надлежащего заполнения указанной капсулы ингредиентом напитка конкретного предварительно определенного типа и/или количества.
В шестом варианте осуществления, представленном на фиг. 13A и 13B, деформируемый участок капсулы не изготавливают зацело с остальной частью корпуса 12 капсулы. Указанный деформируемый участок содержит кольцо 33 с рядом гибких искривленных дуг 34, которые проходят внутрь и вверх от самой нижней внутренней поверхности кольца 33 к центру указанного кольца, как показано на фиг. 13A.
Кончик 35 каждой гибкой дуги 34 расположен таким образом, что когда кольцо вставлено внутрь капсулы, а капсула закрыта с ее верхней стороны верхней мембраной 24, как показано на фиг. 13B, кончики 35 гибких дуг 34 находятся в контакте с верхней мембраной 24 и поднимают ее.
Когда капсула вставлена в держатель капсулы и экстракционная головка закрыта, игольная пластина 14 входит в контакт с верхней мембраной 24 и нажимает на нее. В результате верхняя мембрана сгибается вниз вместе с гибкими дугами 34, которые упруго деформируются вниз с определенной амплитудой деформации. Силу противодействия, созданную таким образом упруго деформированными дугами 34, можно измерить датчиком давления, расположенным, например, в игольной пластине, или находящимся в прямом или косвенном контакте с последней, по уже описанному выше принципу. В этом варианте осуществления число, длина, кривизна и поперечное сечение дуг могут быть выбраны с возможностью достижения подходящих предварительно определенных свойств упругой деформации, в частности, заданной и предварительно определенной силовой постоянной «k». Как разъяснено выше, предварительно определенный коэффициент «k» зависит от параметра приготовления напитка или других данных, которые относятся к капсуле и/или ее содержимому.
В качестве альтернативы этому варианту осуществления изобретения дуги 34 могут проходить от крайней сверху внутренней поверхности кольца 33 к центру указанного кольца, как показано на фиг. 14A. Принцип действия остается таким же, как описан выше со ссылкой на фиг. 13A и 13B. В этом случае дуги также находятся в контакте с нижней поверхностью верхней мембраны 24 и поднимают указанную верхнюю мембрану в выгнутое вверх положение, как показано на фиг. 14B.
В седьмом и предпочтительном варианте осуществления изобретения, представленном на фиг. 15A, 15B и 15C, корпус капсулы изготавливают из полужесткой каркасной структуры 36 (как показано на фиг. 15A), которая покрыта кислородонепроницаемой мембраной 37. Мембрану 37, например, изготавливают соинжекционным литьем с полужесткой структурой 36 с применением технологии In-Mould Labeling (IML), как описано, например, в заявке на европейский патент EP AN 11178061 заявителя.
Полужесткая каркасная структура 36 содержит по меньшей мере одну ослабленную зону, которая образует гофрированный участок 38. Например, остальная часть структуры может быть жесткой, за исключением этого гофрированного участка 38, который является гибким. Гибкость этого участка 38 в структуре достигается предпочтительно за счет меньшего поперечного сечения по сравнению с остальной частью структуры. Она также может быть достигнута (в качестве альтернативы или в дополнение к меньшему поперечному сечению) за счет более мягкого материала, который отливают совместно с остальной частью структуры 36.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 15A, гофрированный участок 38 расположен в верхней части вертикальной области полужесткой структуры, так что капсула может деформироваться вдоль по существу вертикальной оси, т. е. при приложении к указанной капсуле вертикальной силы сжатия.
Когда капсулу помещают в держатель капсулы, и экстракционная головка устройства открыта, как показано на фиг. 15B, вся наружная поверхность капсулы находится в контакте с держателем капсулы, за исключением верхнего края 18 указанной капсулы, который поднят выше уровня верхней поверхности держателя капсулы. Другими словами, высота капсулы больше, чем углубление под капсулу в держателе капсулы. Эта разность высот обозначена на чертеже стрелками.
Когда экстракционная головка устройства закрыта, игольная пластина, схематически показанная рядом стрелок на фиг. 15C, давит на капсулу и сжимает последнюю так, что она функционально садится в объем, образованный между держателем капсулы и указанной игольной пластиной. Капсула изгибается в области гибкого гофрированного участка 38 ее структуры 36, как показано на фиг. 15C, пока верхний край 18 указанной капсулы не оказывается зажатым между верхней поверхностью держателя капсулы и нижней поверхностью игольной пластины. В этом положении, когда капсула функционально располагается внутри экстракционной головки устройства, игла подачи воды (не показана на фиг. 15С) прокалывает верхнюю мембрану капсулы, и может начаться цикл варки в герметичном режиме.
Сила противодействия, созданная внутри гофрированного участка 38, может быть измерена с помощью датчика, расположенного в игольной пластине, который измеряет вертикальную силу, прикладываемую капсулой к указанной игольной пластине.
Когда экстракционная головка устройства снова открывается, капсула разгибается обратно в свое исходное положение, показанное на фиг. 15B.
Общий принцип, лежащий в основе изобретения, состоит в том, что деформация, действующая на деформируемый участок капсулы, подчиняется закону поведения материала, который гласит, что сила, создаваемая при деформации указанного деформируемого участка, напрямую зависит от указанной деформации, независимо от типа деформации: сжатия (как на фиг. 16A), изгиба (как на фиг. 16B) или кручения (как на фиг. 16C). При всех типах деформации закон поведения материала гласит, что сила противодействия со стороны пружины, или язычка, или скрученного участка зависит от изменения его равновесной длины, как показано ниже:
F = f(x),
x
где  — вектор перемещения, т. е. величина и направление деформации пружины относительно ее равновесной длины;
f(x)
— величина и направление восстанавливающей силы, создаваемой пружиной.
(F = k.x)
В случае простого пружинного элемента сила упругой деформации, создаваемая внутри материала, является непосредственной линейной функцией амплитуды деформации , и эти переменные связаны постоянной «k», которая известна как «постоянная пружины» или «модуль Юнга», который является внутренней характеристикой материала.
Как разъяснено выше, общий принцип настоящего изобретения состоит в том, что устройство для приготовления напитка измеряет коэффициент «k» для каждой капсулы и интерпретирует его как параметр приготовления напитка или другое значение данных, а также как данные распознавания производственной линией, когда капсула находится на заводе-изготовителе.
В случае настоящего изобретения предполагается, что деформируемый участок капсулы представляет собой сложный пружинный элемент, который при деформации создает силу, которая необязательно линейно связана с амплитудой деформации.
Кроме того, капсула в соответствии с настоящим изобретением наиболее предпочтительно представляет собой капсулу одноразового использования. В этом случае для потребителя крайне желательно, чтобы деформируемый участок капсулы деформировался не только в диапазоне амплитуды ее упругой деформации, но и за пределами ее упругой деформации, в области ее пластической деформации. Другими словами, деформируемый участок капсулы предпочтительно деформируется так, чтобы достигать области ее пластической деформации, и прилагаемая деформация изменяет внутренние механические свойства материала. В таком случае при открытии варочной головки устройства после завершения цикла варки пищи или напитка энергия деформации, содержащаяся в деформируемом участке капсулы, высвобождается, так что указанный деформируемый участок перемещается назад в положение, близкое к его исходному положению. Однако в таком случае ввиду пластической модификации материала и как показано пунктирной кривой линией на фиг. 17, профиль деформируемости отличается от исходного профиля (сплошная кривая линия на фиг. 17). В случае повторной вставки бывшей в употреблении капсулы внутрь устройства последнее обнаружит, что свойства упругой деформируемости устройства не соответствуют деформационным свойствам новой капсулы. В этом случае устройство остановит работу и необязательно отправит пользователю предупреждающий сигнал о необходимости заменить капсулу на неиспользованную. Способ, с помощью которого устройство может определить изменение кривой деформируемости, показан, например, на фиг. 17, т. е. заключается в обнаружении и измерении силы, созданной в пределах деформируемого участка капсулы, для множества амплитуд деформации, например в двух точках, как показано на фиг. 17: первая точка измеряется в пределах области упругой деформации материала, из которого состоит деформируемый участок, а затем вторая точка измеряется при большей амплитуде деформации, которая находится в области пластической деформации материала, из которого состоит деформируемый участок капсулы. Как показано на фиг. 17, при одном и том же удлинении сила, создаваемая внутри материала деформируемого участка капсулы, является разной для случаев, когда капсула новая/неиспользованная (сплошная кривая) или когда капсула уже была в употреблении или если она повреждена (пунктирная кривая линия).
Аналогично, если во время изготовления на заводе капсула будет повреждена, ее можно будет обнаружить и извлечь с производственной линии.
Очевидно, что устройство можно запрограммировать (на заводе-изготовителе) так, что для каждой вставленной в него капсулы оно будет измерять заданное число сил реакции, каждая из которых соответствует предварительно определенной амплитуде деформации. В приведенном ниже примере устройство запрограммировано с возможностью измерения трех заданных амплитуд деформации для каждой вставленной в него капсулы. Эти три амплитуды деформации идентичны для всех вставленных в устройство капсул. Однако соответствующие силы реакции, измеренные для каждой из трех амплитуд, для различных типов капсул будут разными, что обусловлено варьированием деформационных свойств каждой капсулы, поэтому в соответствии с принципом изобретения устройство имеет различные настройки, адаптированные к каждой капсуле в наборе.
В соответствии с изобретением, предлагается набор из по меньшей мере двух капсул, пример которого будет описан ниже более подробно.
В качестве примера, набор может содержать две капсулы, причем первая капсула содержит водорастворимый молочный ингредиент, а вторая капсула содержит обжаренный и молотый нерастворимый кофе порошкообразного помола. Обе капсулы предназначены для последовательной вставки и применения в устройстве для приготовления многоингредиентного напитка, такого как капучино.
Первая капсула соответствует первому варианту осуществления, описанному выше со ссылкой на фиг. 3, а вторая капсула соответствует первому варианту осуществления, описанному выше со ссылкой на фиг. 4.
Обе капсулы следует вставлять в устройство последовательно, одну за другой, для приготовления сначала молочной фазы, а затем кофейной фазы, которая добавляется к молоку путем выдачи обеих фаз в одну чашку. Капсулы в наборе представляют собой одноразовые капсулы, которые выбрасывают после применения.
Пользователь вставляет первую капсулу 11, например капсулу с растворимым молочным порошком, внутрь полости устройства и закрывает полость путем активации закрывающего рычага устройства. Во время закрытия устройства первая капсула деформируется, и сила реакции, созданная деформируемым участком капсулы, измеряется датчиком силы устройства, который преобразует измеренное значение силы в заданное значение для по меньшей мере одного параметра приготовления напитка. В настоящем примере устройство измеряет три разные силы реакции, созданные деформированным деформируемым участком капсулы, причем каждая из трех сил соответствует заданной амплитуде деформации во время перемещения полости устройства в закрытое положение.
Первое значение силы реакции при амплитуде деформации деформируемых выступов капсулы 0,2 мм преобразуется программой устройства в значение выдаваемого объема молока, равное 110 мл. Второе значение силы реакции при амплитуде деформации 0,5 мм преобразуется программой устройства в значение температуры 75 °С для воды, подаваемой в капсулу (которое по существу соответствует температуре напитка, который выдается из капсулы в чашку пользователя). Третье значение силы реакции при амплитуде деформации 1,2 мм преобразуется программой устройства в значение, которое соответствует активации клапана в системе труб устройства и активации воздушного насоса в конце цикла варки для опорожнения капсулы путем подачи воздуха в конце процесса варки, причем указанный воздух циркулирует через ту же иглу, что и игла для подачи воды. Затем пользователь начинает цикл варки, нажав на кнопку активации на панели управления устройства, — или альтернативно устройство запускается автоматически через несколько секунд после закрытия полости, — и после завершения варки молока пользователь удаляет первую капсулу из полости устройства.
Затем пользователь вставляет в полость устройства вторую капсулу из набора, которая представляет собой капсулу с обжаренным и молотым кофе. При закрытии полости устройства вокруг вставленной в нее капсулы к деформируемому участку со стороны стенок полости прикладывается сила закрывания, в ответ на которую деформируемый участок создает силу противодействия (или силу реакции), которая измеряется датчиком силы устройства. Из-за меньшего числа деформируемых выступов во второй капсуле по сравнению с первой капсулой, как показано на фиг. 3 и 4, сила, создаваемая капсулой при закрытии полости устройства, как правило, меньше, а профиль деформации второй капсулы отличается от профиля деформации первой капсулы (т. е. их диаграммы деформации, аналогичные диаграмме, представленной на фиг. 17, различаются). Устройство трижды измеряет значения силы, причем каждое из измерений соответствует той же предварительно определенной амплитуде деформации деформируемого участка, что и три амплитуды деформации, при которых проводятся измерения для первой капсулы. Эти три измерения преобразуются в соответствующие рабочие настройки варки, которые относятся ко второй капсуле и которые отличаются от параметров, полученных в результате преобразования данных деформации первой капсулы, из-за различий в механических деформационных свойствах между двумя капсулами. В случае второй капсулы преобразованные настройки устройства являются следующими: подача внутрь капсулы 40 мл воды при температуре 90 °C и без опорожнения капсулы в конце процесса варки. Такие настройки индивидуальны и подходят для варки ингредиента обжаренного и молотого кофе, содержащегося в этой второй капсуле. Таким образом, в изобретении предлагается удобный способ автоматической адаптации настроек устройства к оптимальным требованиям варки ингредиента (или ингредиентов), содержащегося в каждой конкретной вставленной в него капсуле. В приведенном выше примере для приготовления молока требуется подать внутрь большее количество воды, но воду необходимо подавать при более низкой температуре, в то время как обжаренный и молотый кофе требуется варить с применением меньшего количества воды, но при более высокой температуре.
Пользователь нажимает клавишу «Пуск», или альтернативно устройство запускается автоматически, как описано для первой капсулы, и начинается приготовление кофе, который выдается в ту же чашку, в которой уже содержится молоко, полученное из первой капсулы, т.е. в результате получается вкусный капучино, готовый к употреблению. В конце второго процесса варки пользователь может извлечь капсулу из варочной полости устройства, или альтернативно устройство оснащается системой автоматического извлечения использованной капсулы, которая падает из варочной полости в резервуар для использованных капсул устройства.
Очевидно, что хотя описанный в приведенном выше примере набор капсул содержит только две капсулы для применения в устройстве последовательно, настоящее изобретение охватывает все наборы, имеющие множество капсул. Следовательно, наборы, имеющие более двух капсул, также применимы в соответствии с принципом изобретения, причем каждая капсула имеет заданный и предварительно определенный профиль деформации, который соответствует конкретному профилю настроек устройства, так что ингредиент, содержащийся в каждой капсуле набора, подвергается варке с применением различных конкретных и подходящих рабочих настроек приготовления, как описано в приведенном выше примере.
Таким образом, в настоящем изобретении предлагается система для избирательного выпуска различных напитков, имеющих различные ингредиенты, для которых требуются разные параметры приготовления и, следовательно, разные соответствующие параметры функционирования устройства для приготовления напитка, которые выбирают из списка: объем воды, подаваемой в капсулу, давление подачи, расход воды, выпускаемой в капсулу, температура подаваемой в нее воды или их комбинация.
Приготовление осуществляется путем подачи жидкости под давлением в капсулу, которая содержит вещество для образования напитка или в более общем случае — вещество для образования пищи.
Набор в соответствии с изобретением содержит множество капсул, причем капсулы включают в себя камеру, содержащую вещество, и структуру для выдачи напитка, выполненную с возможностью поддержания определенного давления экстракции в камере до момента вытекания напитка из капсулы, причем первая и вторая капсулы предлагаются для избирательного применения в системе.
Первая капсула имеет встроенный деформируемый участок, имеющий первый механический профиль деформации, соответствующей конкретной форме и деформационным свойствам материала, который кодирует настройки устройства на первый набор настроек для приготовления напитка.
Во всех описанных выше вариантах осуществления деформируемый участок выполнен с возможностью деформации с амплитудой в диапазоне от 0,1 мм до 20 мм, предпочтительно в диапазоне от 0,15 мм до 10 мм, более предпочтительно в диапазоне от 0,5 мм до 5 мм.
Во всех описанных выше вариантах осуществления характеристики конкретных деформационных свойств деформируемого участка включают измерение силы реакции указанного деформируемого участка в зависимости от амплитуды деформации указанного деформируемого участка. Силу реакции можно измерить, как описано выше, с применением датчика силы или давления. Амплитуда деформации, действующей на деформируемый участок, измеряется с помощью оптического датчика, электромеханического (многопозиционного) датчика, индукционного датчика или любого другого датчика, способного измерять положение деформированной области во время ее деформации с достаточно высокой точностью (как правило, с точностью от 0,01 до 0,5 мм).
Предпочтительно устройство для приготовления напитка содержит в комбинации датчик давления для измерения силы противодействия, прилагаемой к указанному датчику со стороны деформируемого участка капсулы, и электромеханический датчик для измерения смещения указанного деформируемого участка во время его деформации. Например, электромеханический датчик помещают на поверхность одного участка варочной полости устройства, в которую вставлена капсула, так что указанный датчик определяет следующие положения деформируемого участка капсулы: положение в состоянии покоя, соответствующее открытой конфигурации варочной полости (т. е. контакт между датчиком и капсулой отсутствует), затем промежуточная деформация (т. е. варочная полость закрывается, так что датчик входит в контакт с деформируемым участком капсулы) и, наконец, полная деформация деформируемого участка (т. е. варочная полость устройства полностью закрыта вокруг капсулы, так что варочная полость и датчик оказывают максимальное давление на деформируемый участок капсулы и так что деформируемый участок при этом деформируется с максимальной амплитудой).
Выполняются по меньшей мере три разных измерения силы противодействия, прилагаемой со стороны указанного деформируемого участка, для трех различных положений (т. е. значений амплитуды деформации) деформируемого участка. Например, сила противодействия измеряется для следующих положений деформируемого участка: во-первых, при смещении на 0 мм (т. е. в состоянии покоя), во-вторых, при смещении на 0,5 мм и, в-третьих, при смещении на 1 мм. Для двух различных капсул из набора капсул в соответствии с изобретением сила противодействия, измеренная датчиком давления, при одной и той же амплитуде деформации является разной. По измеренному различию деформационных свойств устройство определяет тип капсулы, которая в него вставлена, так что программа устройства может автоматически выбрать соответствующие параметры приготовления напитка (например, соответствующий объем воды для подачи в капсулу, температуру воды и т. д.).
Следует понимать, что специалистам в данной области будут очевидны различные изменения и модификации предпочтительных в настоящее время вариантов осуществления, описанных в настоящем документе. Такие изменения и модификации можно осуществлять без отклонения от сущности и объема настоящего изобретения и без преуменьшения присущих ему преимуществ. Следовательно, предполагается, что прилагаемая формула изобретения охватывает такие изменения и модификации.