КАПСУЛА, СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПИЩЕВОГО ПРОДУКТА
CAPSULE, METHOD AND DEVICE FOR FOOD PRODUCT PREPARATION

Изобретение относится к капсуле с пищевыми ингредиентами для асептичного приготовления пищевого продукта путем смешивания ингредиентов с жидкостью. Капсула содержит фильтр для удаления из подаваемой в капсулу жидкости посторонних компонентов. Более конкретно, изобретение относится к капсуле, вставляемой в устройство подачи жидкости в капсулу, для приготовления пищевого продукта, например, детского питания, путем смешивания жидкости с пищевыми ингредиентами.
Пищевыми смесями могут быть, например, детское питание, а также жидкая пища для детей ясельного возраста, инвалидов, пожилых людей, лиц, страдающих пищевыми расстройствами или спортсменов. Пищевые смеси могут представлять собой жидкие смеси на основе молока, супа, кофе или чайного напитка. Подобные смеси приготавливаются из находящихся в капсулах ингредиентов путем добавления жидкости, например, горячей воды или воды комнатной температуры. В жидкости могут содержаться нежелательные загрязнения, например, микроорганизмы и/или твердые частицы. Подобные нежелательные загрязнения необходимо удалять из жидкости перед ее смешиванием с ингредиентами.
Таким образом, существует потребность в капсуле, которая позволила бы приготавливать питательные смеси, например, детское питание или другие пищевые смеси, удобным и безопасным способом.
В документе WO 2006/077259 раскрыт способ приготовления одной порции пищевой смеси, предусматривающий подачу жидкости, например воды, в картридж, содержащий одну порцию смеси в концентрированной форме. При этом перед подачей в картридж вода обрабатывается с целью удаления находящихся в ней болезнетворных микробов. Обработка может осуществляться, например, путем предварительного подогрева, фильтрации или облучения воды ультрафиолетовым излучением.
Документ WO 2008/012314 относится к устройству, позволяющему осуществлять посредством фильтрации обработку воды, используемой для приготовления пищевых смесей с помощью капсулы, вставляемой в устройство раздачи.
В документах WO 2009/092629 и ЕР 2009156782 описана капсула со встроенным антибактериальным фильтром.
Существует проблема, заключающаяся в том, что содержимое капсулы (смесь ингредиентов и подаваемой жидкости) может выгружаться из нее неполностью. В частности, удаление жидкого содержимого может прекращаться после остановки подачи в капсулу жидкости и падения давления в капсуле. Например, отсутствие воздуха в капсуле и слишком маленький размер отверстий для выхода жидкого содержимого могут затруднять освобождение капсулы. Неполная выгрузка может объясняться и другими причинами, в частности, неполным растворением или распределением ингредиентов в жидкости, создания частичного разряжения в капсуле, препятствующего выходу содержимого или существенно затрудняющего его, недостаточным раскрытием выпускного отверстия капсулы и т.п. Если капсула опорожняется неполностью, то из нее будет выпускаться неполная порция пищевого продукта, что потенциально может создать проблемы с питательностью и/или привести к разбуханию.
Таким образом, необходимо обеспечить выход заранее определенного количества находящейся в капсуле пищевой смеси, чтобы получать из каждой капсулы полную порцию, например, для младенца или ребенка. Проблема заключается в том, что фильтр капсулы может создавать слишком большое сопротивление для сжатого газа (например, сжатого воздуха), подаваемого в капсулу во время этапа ее разгрузки. В результате давление газа может оказаться недостаточным для полной разгрузки капсулы, либо потребуется слишком высокое давление газа, что увеличит сложность и себестоимость системы. Кроме того, если газ будет подаваться через фильтр под слишком высоким давлением, то фильтр может повредиться, и в этом случае уже нельзя будет гарантировать отсутствие загрязнений в выходящей из капсулы пищевой смеси.
Также существует потребность в обеспечении гигиеничности контакта между устройством и капсулой после фильтрования жидкости, в частности, во время ее освобождения от содержимого.
С этой целью капсула для приготовления пищевого продукта в устройстве, приспособленном для подачи в капсулу жидкости, содержащая по меньшей мере один отсек с пищевыми ингредиентами для приготовления пищевого продукта путем перемешивания с подаваемой жидкостью, и фильтр, предназначенный для удаления содержащихся в жидкости загрязнений, согласно настоящему изобретению имеет выборочно открываемое впускное отверстие для газа, расположенное снаружи или внутри капсулы и предназначенное для подачи газа извне в отсек капсулы без прохождения его через фильтр.
Благодаря такой конструкции капсула может опорожняться за счет давления газа, подаваемого в отсек через впускное отверстие для газа. При этом газ не проходит через фильтр, так что его давление существенно не уменьшается фильтром. В результате пищевой продукт может надлежащим образом выгружаться из капсулы.
В частности, впускное отверстие для газа выполнено в жесткой стенке капсулы и в открытом состоянии имеет заданный размер.
Предпочтительно впускное отверстие для газа герметично запечатано прокалываемой мембраной или разрываемым закрывающим элементом. Прокалываемая мембрана может изготавливаться из газонепроницаемой алюминиевой фольги, газонепроницаемой пластиковой пленки, либо их комбинации. Разрываемый закрывающий элемент может представлять собой, например, наклейку из пластика с пониженной прочностью, герметично закрывающей впускное отверстие для газа.
Выпускное сопло предпочтительно расположено по потоку после фильтра и сообщается с отсеком. Выпускное сопло образовано одним или несколькими небольшими отверстиями. Отверстия выполнены с возможностью создания струи жидкости, поступающей в отсек с большой скоростью, что способствует растворению ингредиентов, взаимодействующих с жидкостью.
При открытии отверстия для газа внешним устройством, например, открывающим средством, соприкосновение происходит с отфильтрованной жидкостью, что позволяет обеспечивать достаточную чистоту контактирующих деталей устройства.
Предпочтительно впускное отверстие для газа соединено с каналом для жидкости, расположенным по потоку после фильтра и сообщающимся с отсеком, что позволяет упростить конструкцию и сделать ее более компактной. Предпочтительно канал расположен по потоку перед выпускным соплом, сообщающимся с отсеком.
Как вариант, впускное отверстие для газа может быть удалено от канала и непосредственно сообщаться с отсеком, не соединяясь с каналом для жидкости. Например, впускное отверстие для газа сообщается с отсеком посредством отдельного канала, проходящего, например, параллельно каналу для жидкости. Например, впускное отверстие для газа является выемкой, углублением или отверстием, образованным во фланцеобразном ободке капсулы, и предпочтительно закрыто перфорируемой или разрываемой мембраной.
Предпочтительно фильтр представляет собой относительно жесткое фильтрующее приспособление, состоящее из эластичной микропористой мембраны, помещенной в относительно жесткий кожух. Приспособление предпочтительно также является стойким к давлению и простым в обращении. Таким образом, корпус защищает мембрану от ударов, давления, царапин, сгиба и т.п. как во время изготовления капсулы, так и во время приготовления напитка. Кожух может состоять из двух сложенных вместе половинок, между которыми зажат и/или приварен по краю фильтр. Половинки могут соединяться при помощи защелкивания и/или ультразвуковой сварки. Подобные элементы являются достаточно жесткими и устойчивыми к изгибу под давлением впрыскиваемой в капсулу жидкости. Подобные элементы изготавливаются из пищевых полимеров, например, полипропилена, полиамида, полиэтилена, полиамида/полипропилена, ПВХ, полистирола, полиэфирэфиркетона, полимолочной кислоты, материалов на основе крахмала, а также их комбинаций.
Фильтрующее приспособление имеет фильтрующую поверхность, размер которой предпочтительно меньше поперечного сечения отсека, содержащего ингредиенты, если смотреть на капсулу вдоль осевой линии. По существу компактность фильтрующего приспособления позволяет размещать его снаружи отсека капсулы, за счет чего уменьшается его деформация, и оно лучше выдерживает давление, создаваемое внешним устройством подачи жидкости. Кроме того, также уменьшается количество используемого упаковочного и фильтрующего материала.
Для упрощения сборки капсулы, в частности, установки в капсуле фильтрующего приспособления, капсула содержит корпус, ограничивающий первый отсек, содержащий посадочное место под фильтр, расположенное по потоку перед отсеком. Посадочное место под фильтр предназначено для размещения в нем фильтрующего приспособления, предпочтительно, в заданном положении внутри капсулы.
Для уменьшения количества образующих капсулу элементов и упрощения ее конструкции и первый отсек, и фильтрующее приспособление предпочтительно герметично запечатаны одной верхней мембраной.
Содержащиеся в отсеке пищевые ингредиенты могут быть в форме жидкого концентрата, пасты, геля, порошка или их комбинации.
Предпочтительно пищевые ингредиенты представляют собой детское питание, продукты для подростков, гуммиоснову, продукты для взрослых, ингредиенты на основе молока, кулинарную смесь или любые другие соответствующие пищевые продукты, содержащие протеины, липиды, углеводы, микроэлементы, клетчатку и их комбинации.
Изобретение также относится к способу получения пищевой смеси из капсулы, содержащей ингредиенты в по меньшей мере одном из отсеков, путем подачи жидкости в отсек для приготовления смеси из ингредиентов и выпуска ее из капсулы, в котором жидкость пропускают через фильтр для удаления содержащихся в ней загрязнений, а затем в капсулу подают газ.
В способе согласно изобретению газ извне подается в отсек через сообщающийся с отсеком канал без прохождения газа через фильтр.
Предпочтительно газ подается через впускное отверстие для газа, расположенное по потоку перед выпускным соплом, сообщающимся с отсеком. Выпускное сопло может быть использовано в качестве канала для жидкости, впрыскиваемой в отсек. Выпускное сопло подает жидкость в отсек с высокой скоростью, за счет чего она тщательно перемешивается с ингредиентом. Таким образом, выпускное сопло может использоваться для подачи газа в отсек.
Как вариант, сопло может использоваться для подачи в отсек только газа. Предпочтительно газ подается с помощью газовой форсунки устройства, вставляемой во впускное отверстие для газа. Поскольку газ подается по потоку перед отсеком и после фильтра, вероятность загрязнения газовой форсунки пищевой жидкостью снижается. На самом деле газовая форсунка соприкасается лишь с отфильтрованной, т.е. очищенной жидкостью, при этом также снижается опасность противотока пищевой смеси через выпускное сопло.
Предпочтительно в способе согласно изобретению подача газа осуществляется по меньшей мере до тех пор, пока смесь полностью не выйдет из капсулы. Полная выгрузка твердых частиц зависит от растворения содержащихся в капсуле ингредиентов и может варьироваться. Если все твердые вещества полностью растворились в подаваемой жидкости, то при продувке газом капсула может полностью опорожняться.
Способ может включать в себя последующий этап сжатия капсулы для уменьшения ее размеров после того, как в ней по существу больше не осталось смеси.
В частности, сжатие может осуществляться механически посредством поршня или тисков устройства подачи текучей среды, воздействующими на капсулу для уменьшения размеров отсека для ингредиентов.
Изобретение также относится к устройству подачи жидкости в капсулу для приготовления пищевой смеси, включающему в себя форсунку для подачи жидкости в капсулу и форсунку для подачи газа в капсулу, расположенную на расстоянии от форсунки для жидкости таким образом, чтобы газ подавался в капсулу через впускное отверстие для газа, которое расположено на расстоянии от впускного отверстия для жидкости капсулы.
Согласно одному из возможных вариантов выполнения устройство содержит средства управления открытием впускного отверстия для газа, осуществляемым после открытия впускного отверстия для жидкости. Подобные средства управления открытием впускных отверстий для газа и жидкости могут представлять собой кулачковые устройства, выборочно воздействующие на форсунку для жидкости, а затем, через некоторое время, на газовую форсунку. В частности, кулачковые устройства могут содержать первую кулачковую часть, воздействующую на форсунку для жидкости, а также вторую кулачковую часть, воздействующую на газовую форсунку.
Как вариант, средства управления также могут быть отдельными исполнительными механизмами, независимо, но координированно приводящими в действие форсунки механически или гидравлически. Этап приведения в действие форсунок может управляться электронным контроллером, который последовательно включает исполнительные механизмы подачи жидкости и газа во время цикла приготовления пищевого продукта.
Предпочтительно форсунка для жидкости содержит по меньшей мере один перфорирующий элемент и один канал для подачи жидкости из источника жидкости в капсулу через впускное отверстие для жидкости.
Газовая форсунка содержит по меньшей мере один перфорирующий элемент, отличающийся от перфорирующего элемента форсунки для жидкости, а также один канал для подачи газа из источника газа в капсулу через впускное отверстие для газа.
Источник газа может быть емкостью со сжатым газом или средством создания сжатого газа, например, воздушным насосом.
Изобретение поясняется чертежами, на которых показаны предпочтительные варианты его осуществления.
На фиг.1 показана капсула согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, вид в перспективе сверху;
на фиг.2 - то же, вид в перспективе снизу;
на фиг.3 - то же, вид сбоку;
на фиг.4 - сечение капсулы по линии А-А на фиг.3;
на фиг.5 - капсула, представленная на фиг.1, в разобранном виде с различными элементами перед сборкой, вид в сечении;
на фиг.6 - фильтрующее приспособление капсулы, представленной на фиг.1, вид в сечении в перспективе в увеличенном масштабе;
на фиг.7 - то же, в разобранном виде;
на фиг.8 - то же, вид снизу;
на фиг.9 - сечение по линии Е-Е на фиг.8, вид в увеличенном масштабе;
на фиг.10 - фрагмент узла соединения фильтрующего приспособления, показанного на фиг.6, вид в сечении;
на фиг.11 - фрагмент места соединения фильтрующей мембраны с кожухом фильтрующего приспособления, вид в сечении;
на фиг.12 - фрагмент впускного отверстия фильтрующего приспособления, вид в сечении;
на фиг.13 - капсула согласно второму варианту осуществления изобретения без верхней мембраны, вид в перспективе сверху;
на фиг.14 - то же, вид в перспективе в сечении;
на фиг.15 - устройство подачи текучей среды со вставленной капсулой согласно изобретению перед проделыванием впускного отверстия для подачи в капсулу жидкости, вид в перспективе;
на фиг.16 - то же, вид с другой стороны;
на фиг.17 - то же, вид в продольном сечении вдоль плоскости, проходящей через сопло для жидкости;
на фиг.18 - устройство подачи текучей среды со вставленной капсулой согласно изобретению после проделывания впускного отверстия для жидкости, вид в продольном сечении вдоль плоскости, проходящей через сопло для жидкости;
на фиг.19 - устройство подачи текучей среды со вставленной капсулой согласно изобретению перед проделыванием впускного отверстия для газа, вид в продольном сечении вдоль плоскости, проходящей через впускное отверстие для газа;
на фиг.20 - то же, после создания впускного отверстия для газа.
На фиг.1-3 исключительно в качестве предпочтительного примера выполнения показана капсула согласно первому варианту осуществления изобретения.
Капсула 1А состоит из корпуса 2, в котором находятся пищевые ингредиенты, фильтрующего приспособления и системы выпуска продукта. Корпус капсулы выполнен в виде чашки 3, которая закрыта влагонепроницаемой верхней мембраной или фольгой 4, герметично прикрепленной к фланцеобразному ободку 5 корпуса. Мембрана 4 может быть только влагонепроницаемой, либо, что наиболее предпочтительно, влаго- и газонепроницаемой. В частности, мембрана может быть многослойной, включающей газонепроницаемый слой, например, из сополимера этилена с виниловым спиртом (EVOH) и/или алюминий. Как будет более подробно рассмотрено далее, верхняя мембрана изготавливается из прокалываемого материала, например, из тонкого полимера и/или алюминия, позволяющих, с одной стороны, подавать в капсулу жидкость при помощи форсунки 6 для жидкости, а, с другой стороны, подавать газ при помощи форсунки 7 для газа.
На дне 8 чашки 3 выполнено выпускное отверстие 9, предназначенное для выгрузки из капсулы жидкой пищевой смеси/продукта. Выпускное отверстие 9 для продукта может состоять из одного или нескольких отверстий, через которые жидкий состав под напором проходит в направлении принимающей емкости, например, бутылочки для детского питания, стакана или кружки. Выпускное отверстие 9 для продукта может проходить от дна чашки в виде короткой трубки 10, направляющей поток жидкости и предотвращающего разбрызгивание жидкости, которая может испачкать пространство вокруг кружки.
В верхней части корпуса капсулы имеется выступ 11, в который помещается фильтр для фильтрации подаваемой в капсулу жидкости. Как показано на фиг.2, капсула может быть дополнительно снабжена трехпозиционным кодовым элементом 12, который может взаимодействовать с позиционирующими датчиками устройства подачи жидкости для определения типа вставляемой в устройство капсулы, чтобы для опознанного типа капсулы можно было выбрать определенный цикл приготовления, например за счет подачи соответствующего количества воды, выбора температурного режима, расхода и т.п.
Как показано на фиг.4 и 5, в чашке капсулы имеется отсек 13, образованный дном и боковой стенкой чашки 3, в котором находятся пищевые ингредиенты 14. Объем отсека может быть разным, в зависимости от объема впрыскиваемой в него жидкости. В целом, для большого объема жидкости предпочтительно использовать большой объем для того, чтобы отсек выступал в качестве емкости для перемешивания ингредиентов и жидкости и формирования состава.
Капсула может быть снабжена системой 15 выпуска продукта, обеспечивающей соответствующее взаимодействие между подаваемой жидкостью и ингредиентами, находящимися внутри отсека капсулы, а также уменьшающей, или, предпочтительно, предотвращающей взаимодействие между пищевой смесью и устройством. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения система выпуска продукта сконструирована таким образом, чтобы, она проделывала по меньшей мере одно выпускное отверстие в капсуле для выпуска смеси после создания внутри отсека достаточного давления жидкости. Для этого на дне 8 чашки в определенных местах имеются перфорирующие элементы 16, расположенные таким образом, чтобы они перфорировали нижнюю мембрану 17, которая обычно отделяет отсек 13 от выпускного отверстия 9 для жидкого продукта. Нижняя мембрана обычно является тонкой влагонепроницаемой перфорируемой мембраной, изготовленной из алюминия и/или полимера. Мембрана герметично прикреплена к нижнему краю чашки. Например, мембрана представляет собой 30-микронную алюминиевую фольгу. Капсула, содержащая систему выпуска продукта, описана в документе РСТ/ЕР 09/053033. Следует отметить, что система выпуска продукта может иметь и иную конструкцию. В частности, она может быть обычным клапаном, состоящим из отверстия или щели, которые обычно закрыты и открываются под действием давления, создаваемого в отсеке в результате подачи в него жидкости. Как вариант, это может быть также пористая стенка, используемая для фильтрации продукта.
Кроме этого, капсула согласно изобретению сконструирована таким образом, чтобы она обеспечивала фильтрацию подаваемой в отсек жидкости. Потребность в фильтрации подаваемой жидкости по существу связана с необходимостью поддержания высокого качества жидкости, например воды, подаваемой в приготовляемый состав. Вода может подаваться с рабочей температурой, например, 35-40°С за счет нагрева воды комнатной температуры, поступающей из бака с водой или устройства подачи текучей среды. Более предпочтительно осуществлять фильтрацию для удаления загрязнений, в том числе микроорганизмов, таких как бактерии, дрожжи или плесень, а также вирусов, которые невозможно убить нагревом воды. Данная задача может решаться за счет установки в определенной части капсулы фильтрующего приспособления 18, стойкого к давлению и простого в установке. Такое фильтрующее приспособление состоит из внешнего защитного кожуха 19 и по меньшей мере одного фильтрующего наполнителя, в частности, фильтрующей мембраны 20. Предпочтительно фильтрующее приспособление 18 является жестким, в том смысле, что оно жестче фильтрующей мембраны, а также предпочтительно устойчивым к значительному отклонению под действием жидкости и прижимающего давления, создаваемого выходящей из форсунки жидкостью, и плотно прижатым к капсуле устройством подачи жидкости. Преимущество использования фильтрующего приспособления заключается в том, что оно упрощает установку фильтра в капсулу, не требуя использования специальных соединительных средств, и уменьшает вероятность повреждения фильтрующей мембраны.
Для обеспечения антибактериальной защиты, размер пор фильтрующей мембраны предпочтительно составляет менее 0,4 мкм, наиболее предпочтительно - менее 0,2 мкм. Ее толщина составляет менее 500 мкм, предпочтительно от 10 до 300 мкм. Материал для изготовления мембраны может выбираться из числа следующих: полиэфирсульфоны (ПСФ), ацетат целлюлозы, нитрат целлюлозы, полиамид и их комбинации.
В частности, фильтрующий элемент может вставляться в посадочное место 21 под фильтр, образованное в выступе 11 корпуса. Посадочное место под фильтр сконструировано таким образом, чтобы фильтрующее приспособление было смещено относительно отсека. За счет этого деформация капсулы в результате давления жидкости и ее прижатия устройством подачи жидкости могут быть уменьшены по сравнению с вариантом, когда фильтрующее приспособление расположено в центре над отсеком. Посадочное место 21 под фильтр может быть, например, U-образной полостью относительно небольшой глубины (d) по сравнению с глубиной (D) отсека. Посадочное место 21 под фильтр имеет нижнюю стенку и боковую стенку, соответствующие по меньшей мере части нижней и боковой стенок фильтрующего приспособления, в частности, его более крупной части 27. Для установки фильтрующего приспособления не обязательны какие-то специальные соединения с посадочным местом, оно может удерживаться лишь за счет сопряжения с посадочным местом, например за счет тугой посадки на это место, и закрытия верхней мембраной 4. В частности, в боковой стенке посадочного места 21, например, рядом с отсеком, могут быть выполнены гофрированные складки или углубления (не показаны) для тугой посадки фильтрующего приспособления.
Как показано на фиг.4, размер фильтрующего приспособления 18 подобран таким образом, чтобы фильтрующая поверхность (F) была по меньшей мере в два раза, а предпочтительно в несколько раз, меньше большего поперечного сечения (С) горловины (т.е. верхнего отверстия) отсека 13, например, соответствующего верхнего отверстия отсека. Кроме этого, наиболее крупная часть фильтрующей поверхности (F) аксиально смещена относительно сечения (С) отсека (13), если смотреть на капсулу вдоль осевой линии А. Под термином «наиболее крупная часть» понимается по меньшей мере 60%, а предпочтительно - 85% фильтрующей поверхности, находящейся за пределами сечения отсека, если смотреть в направлении линии А. Фильтрующей поверхностью в данном случае считается общая поверхность фильтрующей мембраны, за вычетом ее обжатого края 30. Допускается незначительный нахлест поверхностей. Первой решенной проблемой является уменьшение размеров отсека и возможность лучше управлять деформацией фильтра, а другой решенной проблемой - уменьшение количества материала, используемого для изготовления фильтрующей мембраны и, как следствие, снижение себестоимости производства и повышение экологичности использованной капсулы. Еще одним преимуществом является возможность спрессовывания капсулы, в частности чашки капсулы, после ее разгрузки, что позволяет сократить объем пространства для хранения использованных капсул. Для этого в боковой стенке капсулы могут быть сделаны ослабленные линии, проходящие таким образом, чтобы они позволяли спрессовывать чашку в осевом направлении.
Как показано на фиг.6-9, фильтрующий узел согласно изобретению содержит впускную стенку 22 для подачи в него жидкости, а также выпускную стенку 23 для выхода отфильтрованной жидкости в отсек 13. Во впускной стенке имеется впускное отверстие 24 для жидкости, а в выпускной стенке имеется выпускное отверстие 25 для жидкости, расположенное рядом с соплом 26 приспособления. Впускное и выпускное отверстия 24, 25 для жидкости разнесены между собой в продольном направлении таким образом, чтобы впускное отверстие 24 для жидкости находилось снаружи контура отсека 13, а выпускное отверстие 25 для жидкости находилось внутри контура отсека. Предпочтительно корпус фильтра имеет форму теннисной ракетки, более крупная часть 27 которой находится в посадочном месте и переходит в сужающуюся часть 28 с соплом, проходящей над отсеком. Выпускное отверстие 25 предпочтительно имеет меньший диаметр, например, от 0,2 до 1,5 мм, для создания струи жидкости под давлением, способствующей растворению или распределению ингредиентов жидкостью, выходящей из сопла. Выпускное отверстие может состоять из нескольких отдельных отверстий. Число отверстий должно быть небольшим, предпочтительно от 1, максимум до 5, для того, чтобы избежать значительного ослабления скорости потока. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения в сопле имеются два параллельных или непараллельных выпускных канала. Предпочтительно скорость потока, проходящего через выпускной (выпускные) канал (каналы) сопла составляет от 1 до 20 м/сек. Сечение выпускного канала может иметь разную форму, например, круглую, овальную, прямоугольную и т.п.
Кожух охватывает фильтрующую мембрану 20, которая расположена во внутренней камере 29, образованной передней по потоку и задней по потоку частями, а край 30 мембраны прочно и герметично прикреплен к кожуху, предотвращая протекание жидкости в обход фильтра. В задней по потоку части камеры фильтрующая мембрана дополнительно удерживается опорной конструкцией, состоящей, например, из множества небольших шипов 31. Свободные концы шипов имеют плоскую форму, уменьшающую осевое отклонение фильтрующей мембраны от действия давления и предотвращающую ее разрушение. Предпочтительно шипы расположены по всей площади фильтрующей мембраны. Предпочтительно расстояние между смежными шипами не превышает 2,5 мм. Между опорными конструкциями образовано множество каналов 32 для сбора жидкости, фильтруемой через мембрану. В выпускной стенке 23 имеется по меньшей мере один выпускной канал 33, обеспечивающий сообщение по текучей среде между задней по потоку частью фильтрующей мембраны и выпускным отверстием 25 сопла 26 через каналы 32. Опорная конструкция может быть отдельным элементом, например, решеткой, помещенной в корпус снизу фильтра.
Во впускной стенке 22 фильтрующего приспособления имеется также впускное отверстие 34 для газа, предназначенное для подачи сжатого газа, например, сжатого воздуха, в отсек 13. Как показано на фиг.9, впускное отверстие для газа может проходить через стенку, пересекая выпускной канал 33. В этой связи следует отметить, что подаваемый в приспособление газ, следуя к соплу 26, обходит фильтрующую мембрану 20 и поступает под давлением в отсек, в результате чего фильтрующая мембрана не создает падения давления газа перед его поступлением в отсек с ингредиентами. Оба отверстия - впускное отверстие 24 для жидкости и впускное отверстие 34 для газа закрыты верхней мембраной 4, поэтому эти отверстия могут выборочно открываться за счет перфорирования мембраны 4 в определенных местах. В частности, верхняя мембрана 4 герметично закреплена вокруг впускного отверстия для жидкости и впускного отверстия для газа при помощи уплотнений 35, 36 (фиг.1). Таким образом, когда верхняя мембрана перфорируется форсункой 7 для подачи газа устройства подачи жидкости, перфорирующий наконечник может соприкасаться только с отфильтрованной жидкостью. За счет этого вероятность загрязнения перфорирующего устройства существенно уменьшается по сравнению с ситуацией, если бы для газа и жидкости использовалось бы одно и то же впускное отверстие. Таким образом, перфорирующее средство для газа может оставаться чистым для следующего подготовительного цикла.
Конструкция кожуха 19 фильтра может быть разной. Однако согласно предпочтительной конструкции кожух состоит из двух частей 37 и 38, которые скреплены и/или защелкнуты друг с другом. На фиг.7 показано фильтрующее приспособление 18 с нижней и верхней половинками 37 и 38 кожуха. В нижней половинке 37 кожуха имеется выступающий круглый ободок/канавка 39, ограничивающий контур внутренней камеры и вставляемый в круглую канавку/ободок 40 верней половинки 38 корпуса. Аналогичным образом, сопловая часть 28 приспособления 18 образуется за счет соединения второго ободка/углубления 41 нижней половинки с канавкой/ободком 42 верхней половинки 38. Также допустимо, чтобы детали 39, 41 и, соответственно, 40, 42 непрерывно проходили от более крупной части 27 «ракетки» к сужающейся части 28 «ракетки».
Как показано на фиг.10 и 11, нижняя и верхняя половинки 37, 38 кожуха соединяются, обжимая край 30 фильтрующей мембраны. Детали 37, 38 могут быть сконструированы таким образом, чтобы они сгибали и зажимали край мембраны по окружности 43. Фильтр может не привариваться к кожуху, если место зажима позволяет прочно удерживать фильтр на месте и, следовательно, гарантированно исключить обход фильтра жидкостью во время эксплуатации. Например, приспособление может собираться сваркой участков канавок/ободков по линиям 44, 45. Сварка частей кожуха с обжимом фильтра позволяет использовать более широкий ассортимент материалов для фильтра, не беспокоясь о совместимости с материалами, из которых изготавливается кожух. Еще одним преимуществом такой конструкции является упрощение сборки, поскольку ультразвуковая сварка позволяет использовать более толстые элементы конструкции и избежать повреждения более тонких элементов (например, фильтрующей мембраны).
Как показано на фиг.8, конструкцию фильтрующего приспособления можно оптимизировать. Например, фильтрующее приспособление может содержать усиливающую конструкцию 46, расположенную, в частности, в сужающейся части 28, что позволяет выполнять канал в нижней стенке, не нарушая при этом жесткость элемента, в частности, с точки зрения жидкостных и механических ограничений. В частности, усиливающая конструкция состоит из нескольких ребер, проходящих, например, поперечно «ракетке». Разумеется, можно использовать и другие усиливающие конструкции. В частности, для снижения себестоимости и повышения экологичности можно оптимизировать соотношение жесткость/вес.
Для снижения вероятности повреждения фильтрующей мембраны при раскрытии впускного отверстия 24 для жидкости во время перфорирования мембраны 4 в области 47, расположенной непосредственно над впускным отверстием, как это показано на фиг.12, между впускным отверстием и фильтрующей мембраной 20 устанавливается устойчивая к воздействию перфорации перегородка 48, которая может быть составной частью впускной стенки кожуха. Перегородка расположена под впускным отверстием поперечно ему. За счет этого жидкость может проходить через боковые проходы 49, образованные во впускном отверстии между перегородкой и стенкой. Разумеется, форма перегородки может быть разной, при условии, что она обеспечивает защиту от перфорирования в осевом направлении I впускного отверстия. Перегородка также может быть отдельной деталью, расположенной между фильтром и впускной стенкой.
Другой вариант осуществления изобретения показан на фиг.13 и 14.
Капсула 1В в соответствии с этим вариантом осуществления изобретения имеет несколько отличий. Прежде всего, фильтрующее приспособление 18 состоит из внешней стенки 23, на которую опирается фильтрующая мембрана 20. В отличие от предыдущего варианта, фильтрующая мембрана 20 расположена между внешней выпускной стенкой 23 и дном посадочного места 21 под фильтр корпуса. Впускное отверстие 24 для жидкости находится сбоку от приспособления и сообщается с нижней камерой 50, расположенной по потоку перед фильтром, но снизу выпускной стенки 23. Вторая, верхняя камера 51 расположена между выпускной стенкой 23 и верхней мембраной 4 (не показана), которая герметично прикреплена к фланцеобразному ободку 5 корпуса капсулы. Для того чтобы верхняя мембрана 4 не проваливалась в верхнюю камеру 51 и частично не блокировала поток, проходящий через фильтрующую мембрану, на выпускной стенке 23 имеется несколько опорных элементов 52. В выпускной стенке 23 выполнено множество отверстий 53, позволяющих отфильтрованной жидкости равномерно проходить сквозь расположенную снизу фильтрующую мембрану. Таким образом, жидкость, подаваемая в капсулу через впускное отверстие 24, следуя в нижнюю камеру 50, проходит снизу приспособления, а затем через фильтрующую мембрану 20 поднимается вверх. Таким образом, отфильтрованная жидкость накапливается в верхней камере и проходит через выпускное сопло 26, имеющее небольшое отверстие 25. Для разгрузки капсулы 1В может использоваться впускное отверстие для газа, расположенное отдельно от фильтрующего приспособления. В частности, во фланцеобразном ободке, например, рядом с фильтрующим приспособлением может быть сделано углубление 54. Для подачи газа в отсек 13 с ингредиентами верхняя мембрана может перфорироваться в районе этого углубления. Перфорирование верхней мембраны может осуществляться механическим элементом устройства подачи жидкости, либо сжатым газом. Разумеется, впускное отверстие для газа может быть также расположено и в фильтрующем приспособлении. Система выхода продукта может быть аналогична описанной выше.
Далее со ссылками на фиг.15-20 будет описано устройство подачи текучей среды, в которое может помещаться капсула для приготовления пищевой смеси.
В устройстве 55 подачи текучей среды согласно изобретению обычно имеется держатель 56 капсулы, размер которого позволяет устанавливать в нем капсулу 1. Держатель капсулы соединен с блоком 57 подачи текучей среды, включающим в себя средства подачи жидкости и газа. Блок 57 подачи текучей среды содержит основание 58 держателя капсулы, обеспечивающее устойчивое исходное положение держателя капсулы. В частности, на держателе 56 капсулы и основании 58 имеются сопрягающиеся направляющие 59, обеспечивающие простоту установки и снятия держателя капсулы с основания, например, путем скольжения в продольном направлении В.
Следует отметить, что фильтрующее приспособление 18 согласно изобретению также может быть отдельной деталью, соединяемой с капсулой при использовании, например, при помещении капсулы в устройство подачи текучей среды. В частности, фильтрующее приспособление может быть деталью, которая соединена с форсункой для жидкости, или является частью форсунки для жидкости.
Блок 57 подачи текучей среды также содержит плиту 60 впрыскивания жидкости, несущую форсунку 6 для жидкости. Плита 60 впрыскивания жидкости может быть установлена с возможностью поворота вокруг оси 61, установленной на верхней части основания 58, так что плита может перемещаться из по меньшей мере одного первого положения, в котором форсунка удалена от впускного отверстия для жидкости на капсуле, во второе положение, в котором форсунка входит во впускное отверстие 24 для жидкости на капсуле. Первое положение показано на фиг.17, а второе положение - на фиг.18. Плита впрыскивания жидкости перемещается из первого положения во второе и наоборот кулачковым механизмом 62, который может поворачиваться вокруг второй оси 63, также установленной на основании. Аналогично, форсунка 7 для газа расположена таким образом, чтобы она могла находиться в первом положении, в котором она удалена от впускного отверстия капсулы для газа (фиг.19), и во втором положении, в котором она входит во впускное отверстие для газа (фиг.20). Точно также перевод из первого положения во второе и наоборот форсунки 7 для газа осуществляется кулачковым механизмом 62. Кулачковый механизм 62 предпочтительно используется для управления двумя положениями обеих форсунок, для жидкости и для газа, таким чтобы форсунка для газа переводилась из первого положения во второе после того как форсунка для жидкости была переведена из первого положения во второе. В частности, кулачковый механизм 62 состоит из по меньшей мере одной первой кулачковой части 64, воздействующей на плиту впрыскивания жидкости, а также по меньшей мере одной второй кулачковой части 65, воздействующей на форсунку для газа. Две кулачковые части связаны с одним и тем же кулачковым механизмом таким образом, чтобы они всегда могли координирование воздействовать на свои соответствующие форсунки. На фигурах 17 и 18 показана первая кулачковая часть 64, используемая для изменения положения форсунки 6 для жидкости путем нажатия на плиту 60. Поверхность кулачковой части 64 имеет эксцентриситет относительно оси 63, в результате чего при повороте кулачка эта поверхность толкает плиту 60 вниз в направлении капсулы. Следует отметить, что с плитой впрыскивания жидкости могут сопрягаться уплотнительные средства, такие как уплотнительное кольцо (не показано), для создания локальных влагонепроницаемых уплотнений вокруг впускного отверстия для жидкости. На фигурах 19 и 20 показана вторая кулачковая часть 65, которая также имеет эксцентричную поверхность, толкающую форсунку 17 для газа в направлении капсулы. Для большей наглядности показаны не все детали устройства, в частности, не показаны упругие средства возврата плиты впрыскивания жидкости в первое положение, а также аналогичные средства для возврата форсунки для газа в первое положение. Подобные упругие средства возврата могут быть выполнены в виде пружин или аналогичных устройств.
Согласно другому варианту осуществления изобретения фильтрующее приспособление 18 может отделяться от капсулы и быть одноразовым.