КАРТРИДЖ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ, СОДЕРЖАЩИЙ ПРОБИВАЕМУЮ ПОДАЮЩУЮ ПЕРЕГОРОДКУ
CARTRIDGE FOR PREPARATION OF LIQUID CONTAINING PUNCHABLE FEED BAFFLE

Настоящее изобретение относится к картриджу одноразового использования, содержащему ингредиент, предназначенный для взаимодействия с некоторым количеством воды, инжектируемой в этот картридж для приготовления жидкости. Картридж обычно используют для приготовления жидкой пищи, например для приготовления питательной жидкости, например детского питания, супа или напитка. Картридж обычно вставляют в дозирующую машину, предназначенную для приема картриджа, инжектирования воды при подходящей температуре и приготовления таким образом быстро, гигиенично и удобно жидкой пищи, дозируемой из указанного картриджа.
Картридж для приготовления жидкой пищи в дозирующей машине, например в домашней дозировочной системе, известен, например, из патентного документа WO 03/0597. Известный картридж содержит чашку, образующую камеру для удерживания пищевого ингредиента, пробиваемую подающую перегородку, например гибкую мембрану, образующую физический барьер, который удерживает ингредиент в камере, систему пробивания перегородки за счет эффекта заполнения камеры под давлением водой. Картридж, кроме того, содержит зону накапливания, служащую для приема и сбора жидкости, которая протекает через пробитую мембрану, и, по меньшей мере, одно выпускное отверстие для дозирования жидкости из зоны ее накапливания.
Для определенных ингредиентов важно обеспечить достаточное взаимодействие между водой и ингредиентами в картридже, например перемешивание, заваривание или растворение, и важно избежать преимущественного пути движения потока, который может пересекать вещество и оставлять сухие участки ингредиентов, например порошкообразного пищевого концентрата, которые не смачиваются водой. Вскрытие с запаздыванием подающей перегородки камеры картриджа с находящимися в ней ингредиентами обеспечивает смачивание наибольшего количества ингредиента прежде, чем жидкость покидает картридж. Такое вскрытие с запаздыванием обеспечивает сокращение предпочтительного кратчайшего пути прохождения потока через вещество. Кроме того, это обеспечивает полное растворение вещества, если оно является растворимым. Конечно, для определенных ингредиентов необходимо получить полное растворение вещества в камере, прежде чем из нее может быть отведена жидкость. Это означает, что вскрытие должно иметь место, когда камера полностью заполнена, достигается перемешивание с ингредиентом и получается жидкая смесь. Если мембрана вскрывается слишком рано, то сухой ингредиент, например, в виде твердых комков может оставаться в камере. Это может привести к тому, что в объеме дозированной пищевой жидкости не достигается необходимой концентрации. Для определенных жидких составов, таких как детское питание или питательные составы, низкая концентрация дозируемой жидкости является неприемлемой, в частности, это относится к тем лицам, для которых потребление пищи и питательных веществ должно быть строго контролируемым.
Другая проблема, связанная с существующими картриджами, заключается в том, что поток пищевой жидкости должен отводиться из картриджа контролируемым образом. В частности, поток жидкости не должен блокироваться, уменьшаться или некоторым образом ограничиваться. Это важно для обеспечения быстрого, непрерывного, надлежащего и гигиеничного дозирования, в частности, нежной пищи, требующей особого отношения, такой как детское питание.
Кроме того, для определенных жидких составов может быть нежелательным значительное количество пены на дозируемой жидкости, поскольку пена может привести к слишком высокой концентрации твердого вещества в приготовленной жидкости и/или консистенции, не подходящей для предусмотренного применения.
Таким образом, поток жидкости должен отводиться контролируемым образом, предпочтительно без риска блокирования, без разбрызгивания, расплескивания и, следовательно, предпочтительно ровной струей через выпускное отверстие, и в то же время в камере картриджа еще может происходить эффективное перемешивание и гомогенизация. Это может находиться в противоречии с необходимостью в определенном запаздывании вскрытия картриджа для достижения достаточного взаимодействия воды и находящегося в картридже вещества. Конечно, вскрытие картриджа с запаздыванием требует создания роста давления в камере вплоть до ее открытия. Когда камера открывается, например, вследствие разрыва подающей мембраны, жидкость стремится протекать через созданные отверстия в виде сильных струй. В частности, мембрана стремится деформироваться (выгибаться), образуя зоны сужения проходного сечения, в которых формируются высокоскоростные струи, распространяющиеся во многих возможных неконтролируемых направлениях.
Таким образом, существующие картриджи не приспособлены надлежащим образом для обеспечения как открытия с запаздыванием, что обеспечивает должное взаимодействие между водой и веществом, например надлежащее растворение или заваривание ингредиента в картридже, так и медленно протекающего и с контролируемым направлением отводимого потока, что обеспечивает гигиеничное дозирование, например направленное дозирование в приемный сосуд, т.е. в детскую бутылочку, чашку или стакан, с уменьшенным риском загрязнения, внесенного снаружи от этого сосуда.
В патентном документе WO 2005/016094 описан снабженный шипами контейнер для кофе или чая, внутри которого размещены нижний фильтрующий слой и фольгированная оболочка. Давление воды прижимает нижний фильтрующий слой и фольгированную оболочку к шипам, которыми снабжен контейнер. Перфорационные отверстия, образованные с помощью шипов, позволяют проходить сквозь них заваренному напитку, по существу сохраняя в то же время заварку внутри контейнера. Напиток выливается из контейнера через большое количество отверстий, распределенных по днищу контейнера.
В патентном документе ЕР 1555218 В1 описан картридж для кофе или растворимого вещества, включающий контейнер, крышку и фильтр, который предназначен для размещения внутри контейнера и выше нижней стенки, через которую вытекает напиток. Нижняя стенка имеет участок, способный к разрыву и предназначенный для разрыва, когда давление жидкости внутри картриджа достигает предварительно заданной величины так, что образуется отверстие для истечения напитка из картриджа. Указанный разрываемый участок формируют с помощью бороздок, выполненных на ослабленном участке нижней стенки. Одна проблема заключается в том, что относительно трудно контролировать сопротивление ослабленного участка, который вскрывается под действием единственного эффекта давления находящейся в картридже текучей среды, чтобы обеспечить воспроизводимое запаздывание времени вскрытия картриджей от одного к другому. Так, нестабильность времени вскрытия картриджей будет приводить к тому, что напитки будут иметь различные концентрации твердой фазы и, следовательно, различное качество.
В патентном документе ЕР 1580143В1 описан картридж для экстрагирования напитка из содержащегося в картридже твердого вещества с использованием воды под давлением, при этом картридж содержит чашеобразную часть с патрубком и крышку для закрывания указанной чашеобразной части. Нижняя стенка чашеобразной части содержит множество непосредственно сформованных на ней ребер, выступающих в направлении внутреннего объема картриджа, и на указанных ребрах размещен фильтр с образованием густой сети каналов между фильтром и патрубком, которым снабжена чашеобразная часть картриджа. Запаздывание открывания картриджа достигают с помощью клапана с регулируемым сечением выпускного отверстия, который открывается под действием предварительно заданного внутреннего давления. Фильтр должен иметь достаточную толщину и жесткость для того, чтобы выдерживать давление и избежать деформирования сети каналов. Недостаток заключается в использовании пластмассы значительной толщины с тем, чтобы выдерживать давление, и большого количества элементов, необходимых для образования картриджа, что делает этот картридж сложным и дорогостоящим для изготовления.
В патентном документе WO 2007/039032 описан картридж того же принципа действия и такой же конструкции, что и известный из ЕР 1580143 В1, но имеющий предохранительный колпачок, установленный на внешней поверхности патрубка, имеющегося в чашеобразной части картриджа, и частично закрывающий внешний открытый торец этого патрубка.
Задача настоящего изобретения заключается в усовершенствовании картриджа с целью решения вышеупомянутых и, по возможности, других проблем. До известной степени задачей картриджа, соответствующего изобретению, является улучшение структуры потока жидкости, которая вытекает из картриджа, с улучшением при этом растворения или заваривания находящегося в картридже вещества.
Картридж согласно изобретению содержит пищевое вещество, предназначенное для взаимодействия с водой, инжектируемой в картридж с получением жидкой пищи, которую дозируют из картриджа.
Картридж содержит
чашку с образованной в ней камерой для содержания пищевого вещества и крышку,
подающую перегородку, выполненную с возможностью пробивания в ней отверстий, которая удерживает вещество в камере,
средства для пробивания отверстий, предназначенные для пробивания, по меньшей мере, одного отверстия в подающей перегородке, производимого как ответное действие на заполнения камеры водой,
зону накапливания жидкости, проходящей через подающую перегородку; при этом указанная зона накапливания находится ниже по потоку от указанной пробиваемой подающей перегородки,
по меньшей мере, одно выпускное отверстие для жидкости в зоне ее накапливания, позволяющее жидкости вытекать из зоны накапливания, при этом картридж содержит опорные средства, включающие, по меньшей мере, одну опорную поверхность, предназначенную для поддерживания, по меньшей мере, одного участка подающей перегородки с тем, чтобы сохранять зазор для прохождения потоком расстояния между средствами для пробивания отверстия и, по меньшей мере, одним выпускным отверстием.
Предпочтительно, по меньшей мере, одна опорная поверхность размещена на пути прохождения потока между средствами для пробивания отверстий и, по меньшей мере, одним выпускным отверстием и/или расположена выше и/или вблизи, по меньшей мере, одного выпускного отверстия.
Таким образом, картридж, соответствующий изобретению, предотвращает деформацию мембраны в зоне накапливания или образование зон блокирования потока, и следовательно, картридж обеспечивает более регулярный путь прохождения потока и контролируемое направление пути протекания жидкости ниже по потоку от мембраны с пробитыми в ней отверстиями. Путь движения потока может быть также контролируемым по изменению направления таким образом, чтобы поток достаточно медленно мог стекать вниз и мог выходить из картриджа более плавно.
В одном из вариантов исполнения опорные средства расположены между подающей пробиваемой перегородкой и нижней стенкой чашки, образуя зону накапливания.
Опорные средства предпочтительно присоединены к нижней стенке чашки. Она может быть выполнена заодно с нижней стенкой и может быть ее продолжением.
Средства для пробивания отверстий также предпочтительно присоединены к нижней стенке, наиболее предпочтительно выполнены за одно целое с нижней стенкой картриджа.
Для получения более однородного потока жидкости, отводимой из картриджа, картридж может содержать ряд выпускных отверстий. Эти выпускные отверстия предпочтительно расположены или сконцентрированы в центре зоны накапливания жидкости или вблизи нее. Количество выпускных отверстий может изменяться. Например, количество выпускных отверстий может составлять от 1 до 10. Выходом может также служить канал, направляющий поток, проходящий от указанного выпускного отверстия (отверстий). Эти выпускные отверстия могут быть расположены по окружности вокруг направляющего канала и обеспечивать сбор жидкости, протекающей в поперечном направлении из зоны накапливания.
В частности, по меньшей мере, одна опорная поверхность опорных средства образует часть диска или купола, который проходит в поперечном направлении и выходит за пределы выпускного отверстия или ряда выпускных отверстий. Небольшая часть диска или купола предпочтительно больше, чем или по существу равна наибольшему поперечному размеру выпускного отверстия или ряда выпускных отверстий. В результате подающая перегородка может надлежащим образом опираться на опорные средства и существует меньшая опасность того, что выпускные отверстия будут блокированы гибкой деформированной перегородкой, например мембраной, под действием давления жидкости в картридже. Выпускное отверстие (отверстия) может также поддерживаться с определенной открытой площадью поверхности с уменьшенной опасностью образования сужения деформированной частью подающей перегородки. Выпускное отверстие (отверстие) для жидкости таким образом ни блокируется, ни сужается подающей перегородкой. Часть диска предпочтительно может быть плоской или со слегка выпуклой верхней поверхностью для обеспечения опоры подающей перегородки при отсутствии опасности ее разрушения.
В соответствии с одним аспектом изобретения опорные средства включают участки ребер, размещенные на пути движения потока между элементами для пробивки отверстий и, по меньшей мере, одним выпускным отверстием. Указанные участки ребер размещены концентрично вокруг выпускного отверстия (отверстий) для жидкости с образованными между ними проходами, служащими для разбиения потока жидкости, движущегося в направлении выпускного отверстия. Участки ребер могут принимать различные формы и иметь различные размеры. Указанные участки ребер обеспечивают опору для перегородки, но, кроме того, они могут разбивать поток жидкости, протекающий в направлении выпускного отверстия (отверстий).
Например, эти участки ребер могут радиально окружать выпускное отверстие и могут быть расположены на некотором радиальном расстоянии от выпускного отверстия. В результате указанные участки ребер образуют прерывистый концентричный рисунок, который формирует поток с извилистой замедляющей скорость движения траекторией, движущийся в направлении выпускного отверстия. Для этого указанные участки ребер разграничивают ряд каналов, проходящих в окружном направлении, и радиальных проходов между ребрами для жидкости, которая в результате замедляется и направляется к выпускному отверстию (отверстиям).
Средства для пробивания отверстий может образовать большое количество небольших выступов. Эти выступы имеют достаточно острую кромку или верхний конец, служащие для пробивания в пробиваемой перегородке отверстий, когда на эту перегородку действует нажимное усилие, обусловленное давлением, созданным в картридже. Поэтому средства для пробивания отверстий могут включать пробивающие поверхности меньшей ширины или сечения, чем ширина или сечение опорной поверхности опорных средств. Следовательно, пробиваемая перегородка, находясь на опорных средствах, будет оказывать сопротивление пробиванию отверстий элементами опорных средств, создавая при этом подходящие зазоры для прохождения потока в направлении выпускных отверстий, и в то же время она будет перфорирована отверстиями при контакте с выступами средств для пробивания отверстий.
Выступы могут быть расположены концентрично вокруг выпускного отверстия (отверстий). Поэтому через подающую перегородку камеры проходят различные потоки жидкости, обеспечивающие надлежащую циркуляцию воды через находящееся вещество в камере, а также однородный поток жидкости, которая собирается в зоне накапливания.
Выступы пробивающих средств могут быть образованы из большого количества острых пробивающих профилей, имеющих форму наподобие крестов, конусов или призм. В предпочтительных конфигурациях указанные выступы образуют в поперечном сечении кресты.
Опорные средства, кроме того, содержат участки ребер, расположенные в радиальном направлении на нижней поверхности чашки. Радиально ориентированные участки ребер могут обеспечить дополнительную опору для подающей перегородки, в частности, при их размещении между упомянутыми выступами. В результате предотвращается деформирование перегородки между выступами. Следовательно, жидкость лучше направляется в зоны ее накапливания.
В соответствии с предпочтительным примером чашка представляет собой полученный путем литьевого формования пластмассовый элемент, например, из полипропилена или другого подходящего пищевого пластмассового материала. Подающая перегородка представляет собой гибкую мембрану, изготовленную из алюминия и/или полимера. Подающая перегородка может быть уплотнена по имеющемуся в чашке внутреннему кольцевому ступенчатому участку. Подающая перегородка может оставаться неуплотненной относительно опорных средств под действием давления. Чашка, кроме того, герметизируется пробиваемой мембраной, образующей крышку картриджа.
В одном варианте исполнения крышка картриджа содержит, по меньшей мере, одно сопловое отверстие небольшого размера для образования струи жидкости, поступающей в камеру, содержащую пищевое вещество. Указанное, по меньшей мере, одно сопловое отверстие предпочтительно имеет диаметр менее 1,0 мм, более предпочтительно величина диаметра находится в интервале от 0,4 до 0,8 мм. Такие небольшие размеры отверстия позволяют получить большую величину количества движения поступающей в картридж жидкости и, следовательно, улучшается растворение или распределение вещества, в частности сухого жира и белка. Указанное, по меньшей мере, одно сопловое отверстие предпочтительно расположено в месте, которое не совпадает с положением оси, т.е. оно смещено относительно центра, относительно центральной оси картриджа. В одном варианте выполнения количество отверстий мало, предпочтительно составляет менее 5, наиболее предпочтительно в крышке сформовано одно или два таких отверстия.
Крышка может быть дополнительно снабжена защитным слоем, расположенным снаружи опорной поверхности крышки, содержащим струеформирующее сопловое отверстие (отверстия), полученное путем литья под давлением. Защитный слой служит для защиты вещества, содержащегося в камере, перед использованием картриджа. Такой защитный слой может представлять собой, к примеру, отделяемую или пробиваемую мембрану.
В первом варианте исполнения сопловые отверстия предназначены так, чтобы струя жидкости была направлена по существу нормально к пробиваемой подающей перегородке. Термин «по существу нормальное направление» здесь означает, что направление струи жидкости составляет не более 10 градусов относительно нормали к подающей перегородке.
В другом возможном варианте сопловое отверстие предназначено для ориентации струи в направлении опорной поверхности опорных средств, предназначенной для поддерживания подающей перегородки.
Согласно другому аспекту изобретения предложена картриджная система, которая содержит: картридж и устройство для приготовления напитка, вмещающее и удерживающее указанный картридж и содержащее проникающий в картридж элемент для инжектирования воды.
Указанный проникающий в картридж элемент для инжектирования воды, используемый в устройстве для приготовления напитка, предназначен для инжектирования воды в картридж под давлением. Инжектированная вода взаимодействует с пищевым веществом и получают жидкую пищу, которую дозируют из картриджа. Картридж включает чашку, имеющую камеру для содержания в ней пищевого вещества, крышку и подающую перегородку, пробиваемую проникающим элементом для инжектирования воды, которая удерживает указанное вещество в камере, средства для пробивания, по меньшей мере, одного отверстия в ответ на заполнение камеры водой, зону накапливания жидкости, протекающей через подающую перегородку по существу в осевом направлении. Накапливание происходит ниже по потоку от пробиваемой подающей перегородки. В зоне накапливания имеется, по меньшей мере, одно выпускное отверстие, обеспечивающее отвод жидкости из зоны накапливания. Картридж содержит опорные средства с, по меньшей мере, одной опорной поверхностью, предназначенной для создания опоры, по меньшей мере, для одного участка подающей перегородки, при этом проникающий элемент для инжектирования воды предназначен для инжектирования воды в картридж под давлением в направлении, сосредоточенном в сторону указанной опорной поверхности.
Такое расположение средств инжектирования воды относительно картриджа приводит к тому, что подающая перегородка не прокалывается случайным образом в нежелательной точке. Кроме того, при таком расположении обеспечивается улучшенное перемешивание воды в камере картриджа за счет активизации отражений струй воды в камере. В частности, проникающий элемент для инжектирования воды размещен таким образом, что водяная струя ударяет в подающую перегородку, которая поддерживается с помощью мембраны. Таким образом, поскольку перегородка поддерживается снизу опорной поверхностью, водяная струя не производит в перегородке отверстия за счет локализованного давления воды на перегородку, например алюминиевую или пластмассовую мембрану. Водяная струя затем отклоняется в направлении камеры и может создавать в камере вихрь, который способствует улучшенному взаимодействию воды с веществом, например обеспечивает хорошее их смешивание.
Подающей перегородкой может служить газонепроницаемая пробиваемая мембрана, которая подлежит вскрытию под действием давления, находясь в контакте с пробивающими средствами, например алюминиевая мембрана или непористый полимер, такой как полипропилен.
В качестве альтернативы, подающей перегородкой может быть фильтр, например бумажный фильтр или пористая фильтрующая перегородка. Фильтр поддерживается опорными средствами так, чтобы он выдерживал созданное в камере давление без разрыва или деформирования и закрывал сверху зазор для протекания потока в зоне накапливания. Подающая перегородка может быть образована путем наложения друг на друга пробиваемой непористой мембраны и фильтра.
В первом возможном варианте проникающий элемент для инжектирования воды имеет острый конец для того, чтобы он был способен пробивать в крышке отверстие. Этот элемент имеет выходное отверстие для воды, которое расположено так, чтобы направлять, по меньшей мере, одну струю воды в сторону опорной поверхности картриджа. Предпочтительное направление - в сторону центра картриджа. Выходное отверстие для воды может быть выполнено таким, чтобы оно обеспечивало веерообразную струю воды, образующую конус, центральная ось которого направлена в сторону опорной поверхности.
Проникающий элемент для инжектирования воды может быть расположен со смещением относительно центра картриджа. Проникающий элемент для инжектирования воды может быть также размещен вдоль оси картриджа в его центре. В картридж в различных местах могут быть введены проникающие элементы для инжектирования воды в количестве более одного.
В одном варианте исполнения картридж имеет опорную поверхность, которая ориентирована поперек продольной оси картриджа, а проникающий элемент для инжектирования воды расположен со смещением относительно указанной оси.
В другом варианте картридж имеет опорную поверхность, которая ориентирована поперек продольной оси картриджа, а проникающий элемент для инжектирования воды размещен вдоль указанной оси.
В соответствии с другим аспектом изобретение относится к картриджной системе, содержащей:
картридж и устройство для приготовления напитка, вмещающее и удерживающее картридж, а также средства инжектирования воды; при этом картридж содержит пищевое вещество, способное взаимодействовать в картридже с водой, инжектируемой с помощью средств для инжектирования воды, и производить жидкую пищу, которую дозируют из картриджа;
указанный картридж содержит
чашку с образованной в ней камерой для удерживания пищевого вещества, и крышку,
подающую пробиваемую перегородку, которая удерживает вещество в камере,
средства для пробивания отверстий, предназначенные для пробивания, по меньшей мере, одного отверстия в подающей перегородке, производимого как ответное действие на заполнение камеры водой,
зону накапливания жидкости, проходящей через подающую перегородку по существу в осевом направлении; при этом указанная зона накапливания находится ниже по потоку от подающей пробиваемой перегородки,
по меньшей мере, одно выпускное отверстие для жидкости в зоне накапливания, позволяющее жидкости вытекать из зоны накапливания, при этом картридж содержит опорные средства, включающие, по меньшей мере, одну опорную поверхность, предназначенную для поддерживания, по меньшей мере, одного участка подающей перегородки, а средства инжектирования воды предназначены для инжектирования воды в камеру под давлением в виде, по меньшей мере, одной струи.
В соответствии с первым возможным вариантом средства для инжектирования воды включают проникающий элемент для инжектирования воды, который содержит вышеупомянутое устройство для приготовления напитка.
Согласно альтернативному варианту исполнения средства для инжектирования воды включают крышку картриджа, в которой выполнено, по меньшей мере, одно небольшое сопловое отверстие, предназначенное для формирования вышеупомянутой струи жидкости (воды), обладающей большой величиной количества движения в камере. Струеформирующие сопловые отверстия могут быть ориентированы в направлении, нормальном относительно пробиваемой подающей перегородки картриджа, или, в качестве альтернативы, они могут быть расположены с наклоном в сторону опорной поверхности опорных средств.
Другие особенности настоящего изобретения будут раскрыты более подробно в нижеследующем описании со ссылками на сопровождающие чертежи.
Фиг.1 - картридж в соответствии с первым воплощением настоящего изобретения, вид сбоку.
Фиг.2 - вид в поперечном разрезе картриджа, показанного на фиг, 1.
Фиг.3 - чашка картриджа, показанного на фиг.1 и фиг.2, вид сверху.
Фиг.4 - чашка картриджа, показанного на фиг.1 и фиг.2, вид снизу.
Фиг.5 - чашка картриджа, показанного на фиг.1 и фиг.2, вид в перспективе сверху.
Фиг.6 - схематический вид, отображающий картридж для воплощений, показанных на фиг.1-4, до пробивания мембраны.
Фиг.7 - схематический вид, подобный представленному на фиг.6, после пробивания мембраны.
Фиг.8 - поперечный разрез картриджа, представленного на фиг.1, в соответствии со вторым воплощением.
Фиг.9 - фрагмент вида, показанного на фиг.8.
Фиг.10 - чашка картриджа, показанная на фиг.8 и фиг.9.
Фиг.11 - чашка картриджа согласно второму воплощению, вид в перспективе сверху.
Фиг.12 - чашка картриджа согласно второму воплощению, вид снизу.
Фиг.13 - картридж, показанный на фиг.2, соединенный с элементом для инжектирования воды устройства для приготовления напитка, вид в разрезе.
Фиг.14 - чашка картриджа (без верхней мембраны), показанного на фиг.2, вместе с элементом для инжектирования воды сверху, вид сверху.
Фиг.15 - картридж, показанный на фиг.2, соединенный с другим воплощением элемента для инжектирования воды устройства для приготовления напитка, вид в разрезе.
Фиг.16 - чашка картриджа (без верхней мембраны) вместе с элементом для инжектирования воды, соответствующим фиг.15, вид сверху.
Фиг.17 - вариант выполнения картриджа, показанного на фиг.8, в котором крышка картриджа содержит, по меньшей мере, одно струеформирующее сопловое отверстие, ориентированное перпендикулярно пробиваемой подающей перегородке, вид в разрезе.
Фиг.18 - другой вариант выполнения картриджа, соответствующего фиг.8, вид в разрезе.
На фиг.1-7 представлен первый вариант исполнения картриджа согласно настоящему изобретению. Картридж 1 содержит чашку 2, предпочтительно выполненную из пластмассы. Подходящими термопластическими пластмассами могут быть полипропилен (ПП) или много слоев пропилена и газонепроницаемый слой, например, выполненный из этиленвинилового спирта (ЭВС). Возможным многослойным материалом является ПП-ЭВС-ПП. Чашку предпочтительно изготавливают как одно целое посредством литьевого формования. Чашка содержит основную корпусную часть 3, ступенчатую часть 4, зону 5 накапливания и цилиндрическую выпускную часть 6.
В верхнем конце картриджа наружу выступает верхняя боковая кромка 20, образуя поверхность уплотнения для крышки 7. Крышка 7 может быть выполнена в виде гибкой мембраны, образующей стенку картриджа, через которую инжектируют воду. Инжектирование воды обычно производят путем пробивания мембраны в одной или в нескольких ее точках с помощью системы пробивания отверстий машины для приготовления напитка (не показана). Мембрана обычно может быть изготовлена из тонкого ламината из алюминия и/или полимеров. Например, мембрана включает ламинат, выполненный из полиэтилентерафталата (ПЭТ) и газонепроницамого слоя, такого как ЭВС.
В качестве альтернативы, выполненная в виде мембраны крышка 7 может быть легкоснимающейся и, следовательно, удаляемой перед вводом картриджа в машину для приготовления пищи. В этом случае машина может быть спроектирована для закрытия герметичным образом верхней стороны картриджа инжекционным разбрызгивающим устройством, прикладывая герметизирующее давление к верхней кромке 20 чашки. В соответствии с другой альтернативой (не иллюстрируется) крышка представляет собой утолщенную перегородку, содержащую предварительно сформованные отверстия для подачи в картридж воды.
3
3
Внутри чашки картриджа размещена гибкая пробиваемая подающая перегородка 8, например вторая мембрана. Эта мембрана может быть приварена к внутренней периферийной кромке 42 чашки. Следовательно, первая и вторая мембраны 7, 8 вместе с корпусной частью чашки образуют границы замкнутой камеры 9, которая содержит пищевое вещество 10, например дозу растворимых пищевых ингредиентов. Камера может быть газонепроницаемой, по существу несодержащей кислород, и может быть заполнена защитным инертным газом, например азотом для защиты вещества 10. Мембраны могут быть, например, изготовлены из определенного материала, например из алюминия, для которого сопротивление пробиванию может быть точно контролируемым и который также обеспечивает подходящую газонепроницаемость. Например, внутренняя мембрана 8 может быть изготовлена из тонкого слоя алюминия, к примеру, толщиной в интервале от 10 до 100 мкм. Объем камеры 9 может изменяться в зависимости от типа ингредиента и дозируемого жидкого продукта. Например, объем может изменяться в интервале от 25 до 100 см, предпочтительно от 30 до 70 см.
На нижней стенке чашки 2 расположены средства 11 для пробивания мембраны. Они предназначены для пробивания в мембране большого количества перфорационных отверстий, когда внутри камеры по мере ее заполнения водой достигается заданная пороговая величина давления.
В соответствии с одним аспектом изобретения средства 11 для пробивания мембраны спроектированы таким образом, что они обеспечивают запаздывание во вскрытии гибкой подающей перегородки 8, то есть в пробивании мембраны, так, что имеется достаточно времени для того, чтобы камера была полностью заполнена водой, и растворение ингредиента в камере осуществляется полностью при небольшом количестве твердой фазы, предпочтительно при отсутствии твердой фазы, возможно оставшейся в камере. Средства для пробивания сочетаются с опорными или дистанцирующими средствами 12, роль которых заключается в поддерживании зазора, образующего путь движения потока в зоне накапливания жидкости, и в том, чтобы избежать деформирования мембраны при пробивании в ней отверстий. Опорные средства располагаются в поперечном направлении или радиально между выпускным отверстием и средствами для пробивания отверстий.
На фиг.3 и 4 показано возможное выполнение средств для пробивания отверстий и опорных средств. Прежде всего, средства для пробивания отверстий содержат пробивающие отверстия элементы 13 в виде выступов крестообразной формы, которые размещены на нижней стенке 40 в зоне накапливания жидкости. Элементы 13 предпочтительно выполнены заодно с нижней стенкой 40. Мембрана 8 разрывается, когда в результате действия внешнего давления в камере 9 на нее действует усилие давления, создаваемое торцами выступов крестообразной формы средств для пробивания отверстий. Указанные выступы крестообразной формы используют для разрыва мембраны и создания в ней большого количества небольших перфорационных отверстий. Перфорационные отверстия, созданные с помощью распределенных по окружности выступов 13, предпочтительно получают таким образом с круговым расположением и на определенном расстоянии от выпускного отверстия.
Вместо выступов крестообразной формы для пробивания в мембране перфорационных отверстий меньшего размера и с более выраженными границами могут быть использованы острые пробивающие формы, подобные конусам или призмам. Количество пробивающих выступов может изменяться, например, в пределах от 5 до 20. Эти выступы играют основную роль в пробивке отверстий в мембране, на которую они оказывают давление при контактировании с мембраной.
Кроме того, имеются опорные средства 12, которые содержат центрально расположенную защитную перегородку, имеющую форму диска, покрывающую сверху выпускное отверстие 15 для жидкости. Эта защитная перегородка размещена в поперечном направлении с образованием опоры для мембраны, которая деформируется в осевом направлении под воздействием давления жидкости в камере. Защитная перегородка соединена с нижней поверхностью зоны накапливания с помощью радиальных перемычек 16, между которыми образованы проходы или отверстия 41 для жидкости, протекающей к выпускному отверстию 15. Опорные средства 12 содержат дополнительные элементы, образующие рельеф, например, в виде участков 17, 18, 19 ребер. Эти участки ребер имеют высоту, которая по существу равна или немного меньше высоты выступов 13, пробивающих отверстия. В частности, участки 19 ребер могут быть расположены относительно близко к средствам для пробивания отверстий, но могут быть немного меньше для того, чтобы обеспечить надлежащее пробивание мембраны с помощью средств для пробивания отверстий. Например, эти участки 19 ребер могут быть сформованы в виде непрерывного кругового ребра, от которого радиально проходят небольшие участки ребер, отделяющие друг о друга пробивающие элементы 13 крестообразной формы. Эти участки предотвращают деформирование мембраны между каждыми из выступов 13 и, следовательно, обеспечивается равномерное накапливание потока, протекающего сквозь перфорационные отверстия в мембране. С другой стороны, между выпускным отверстием и пробивающими выступами могут быть расположены более высокие участки 17, 18 ребер для поддерживания мембраны. Эти участки 17, 18 ребер таким образом поддерживают мембрану и предотвращают деформирование мембраны в промежутке между пробивающими выступами и выпускным отверстием. Эти вторые участки ребер расположены таким образом на радиальном пути движения потока и, кроме того, выполняют функцию торможения потока жидкости, прежде чем он достигнет выпускного отверстия.
Фиг.6 и 7 поясняют принцип вскрытия картриджа под действием давления и протекание жидкости в картридже согласно изобретению после вскрытия мембраны. На фиг.6 мембрана 8 картриджа находится в исходном состоянии, и внутреннее давление в камере 9 недостаточно для пробивания в мембране 8 отверстий при контактировании с пробивающими выступами 13. По мере роста в камере картриджа внутреннего давления мембрана при контактировании с выступами 13 пробивающих средств начинает деформироваться. Для создания избыточного давления, достаточного для создания усилия давления на мембрану, находящуюся в контакте с выступами, при котором будет достигнут предел прочности на разрыв материала мембраны, необходимо, чтобы вода заполнила камеру 9 полностью. Поэтому выступы могут быть выполнены такими, что разрыв мембраны на этих выступах происходит контролируемым образом, после того как пищевые ингредиенты достаточно растворены или диспергированы в воде. Например, разрыв мембраны может иметь место при давлении в камере, приблизительно равном 2,5 бар. Мембрана может быть алюминиевой или пластмассовой мембраной, например тонкой полипропиленовой мембраной.
На фиг.7 показана мембрана 8, пробиваемая в результате контактирования с выступами 13. Понятно также, что мембрана остается поддерживаемой на опорных средствах, в частности, посредством ребер 17 и центрального защитного диска 14. При пробивании мембраны между задранной поверхностью мембраны и поверхностью пробивающих выступов образуются проходные отверстия. При этом крестообразная форма сечения пробивающих выступов способствует стеканию жидкости вниз вдоль их поверхности. В результате жидкость поступает в зону 5 накапливания через мембрану в целом в осевом направлении (как показано направлением «А») и посредством такого количества каналов, которое создано в мембране перфорационными отверстиями. Затем жидкость протекает в поперечном направлении через зону накапливания до выпускного отверстия 15 в радиальном направлении (показано направлением «В»). Благодаря зазору 48, образующему канал для прохождения потока, который сохраняется в зоне накапливания, отсутствует тенденция к формированию струй жидкости; напротив, ее поток в зоне накапливания  которая находится между отверстиями, образованными в мембране пробивающими выступами и центральным выпускным отверстием, замедляется с помощью опорных или дистанцирующих средств 12. В частности, в результате концентричной расстановки участков 17, 18 ребер на определенном расстоянии вокруг выпускного отверстия жидкости придается извилистая траектория движения через зону накапливания, и тем самым скорость жидкости значительно снижается. После этого жидкость проходит через предварительно образованные каналы 41 в выпускном отверстии, по которым она может таким образом проходить в поперечном направлении через трубчатый участок 6. Радиальные перемычки 16, размещенные в выпускном отверстии, также обеспечивают замедление потока за счет создания физического препятствия поперек направления «В» движения потока в зоне накапливания и за счет разбиения жидкого потока на различные отдельные потоки в трубчатом участке. Указанный трубчатый участок 6 проходит в осевом направлении, вынуждая жидкость вновь замедлять движение прежде, чем она дозируется в приемную емкость. В трубчатом участке могут быть размещены средства для направления потока, такие как поперечные ребра 16.
Фиг.8-12 иллюстрируют второе возможное воплощение картриджа согласно изобретению.
Отличие от предшествующего воплощения по существу заключается в определенной конфигурации опорных средств 110 в центре зоны 50 накапливания. В частности, опорные средства включают центральную опорную поверхность 140, расположенную вблизи ряда выпускных отверстий 150. Выпускные отверстия 150 выполнены в днище 40 чашки. Они могут быть распределены по существу вдоль по окружности вокруг центра зоны накапливания. Например, может быть выполнено восемь небольших отверстий. Опорная поверхность 140 находится немного выше входной стороны выпускных отверстий. Кроме того, поверхность 140 предпочтительно продолжена от центра к периферии посредством небольших лучевидных участков 141, проходящих вне площади поверхности каждого выпускного отверстия. Благодаря такой конфигурации пробиваемая перегородка, например подающая мембрана 8, поддерживается необходимым образом и не разрывается или не деформируется под действием давления с блокированием какого-либо из выпускных отверстий 150 в центральной области. Выпускные отверстия проходят сквозь нижнюю стенку чашки и сообщаются с трубчатым элементом 60 так, что поток жидкости направляется надлежащим образом в выбранном направлении. Внутри трубчатого участка 60 могут быть размещены разделительные перегородки 160, например, образующие крестообразную конструкцию в плоскости поперечного сечения трубчатого элемента.
В зоне 50 накапливания пробивающие средства могут быть выполнены в виде ряда выступов 130, например, с крестообразным сечением, распределенных в непосредственной близости от периферии нижней стенки. Количество выступов может быть меньше, чем для предшествующего варианта исполнения. Например, количество выступов может быть по существу равным количеству выпускных отверстий. Кроме того, опорные средства могут включать криволинейные участки 170 ребер. Они могут быть размещены в целом с непрерывным круговым и концентрическим расположением и с образованием радиальных каналов 180 между указанными участками ребер. Например, указанные криволинейные участки ребер могут располагаться между выступами 130 и выпускными отверстиями 150 для замедления потока жидкости в зоне накапливания. Для более точного разрыва мембраны, производимого на пробивающих выступах 130, могут быть обеспечены дополнительные участки 190 ребер, проходящие в радиальном направлении относительно центра зоны накапливания и расположенные между пробивающими выступами
На фиг.13 и 14 представлен картридж согласно изобретению, в который введен проникающий элемент 80 для инжектирования воды, принадлежащий устройству для производства напитка. Указанный проникающий элемент 80 для инжектирования воды указанного устройства предназначен для инжектирования воды под давлением в камеру 9 картриджа. Вода под давлением взаимодействует с пищевым веществом, содержащимся в камере 9, и производится жидкая пища, которую дозируют из картриджа. Проникающий элемент для инжектирования воды выполнен наподобие полой иглы, содержащей заостренный конец 82 для прокалывания крышки или мембраны 7 картриджа. Сквозь указанный элемент проходит водяной канал, ведущий к отверстию 81 для выпуска воды, которое ориентировано в направлении центральной защитной перегородки 14. Проникающий элемент может быть смещен относительно центральной продольной оси картриджа, при этом его выпускное отверстие 81 ориентировано в сторону нижней стенки и центра картриджа. Точнее говоря, отверстие 81 для выпуска воды образует водяной конус или струю 83, центральная линия которой направлена к центральной опорной поверхности 14. В результате опорная поверхность 14 образует отражательную поверхность для водяной струи так, что, во-первых, подающая мембрана 8 не может быть случайно перфорирована струей под давлением и, во-вторых, отраженные струи или потоки воды 84 создают высокую турбулентность в камере, в которой происходит взаимодействие между водой и веществом. В частности, в камере может быть получен эффект вихря, который, как доказано, является в особенности эффективным для растворения растворимых пищевых ингредиентов, например ингредиентов на основе жиров и/или протеинов.
На фиг.15 и 16 представлена другая возможная конфигурация системы с элементом 800 для инжектирования воды, размещаемым центрально. Элемент 800 для инжектирования содержит острый конец 820 для прокалывания крышки, позволяющий вводить инжектирующую часть элемента в камеру картриджа. Инжектирующий элемент 800 представляет собой центральную иглу с прямолинейным внутренним каналом для воды, который заканчивается выходным отверстием 810, направляющим текучую среду к центральной оси картриджа в сторону опорной поверхности 14. Следовательно, выходное отверстие 810 расположено таким образом, что от указанного элемента к днищу картриджа направляется под давлением струя воды 830, которая ударяет в мембрану в месте расположения опорной поверхности 14. Образуются падающие струи 840, которые создают турбулентное течение жидкости в камере и способствуют растворению ингредиентов. Ни одна из струй жидкости под давлением не способна проходить непосредственно через подающую перегородку к выпускному отверстию 15 картриджа, поскольку выпускное отверстие закрыто сверху защитной поверхностью 14.
Может быть предусмотрен более чем один инжектирующий элемент. Такая же конфигурация системы может быть применена к картриджу, показанному на фиг.8 - 12, с направлением водяной струи (струй) к опорной поверхности 140.
В воплощении, представленном на фиг.17, картридж содержит крышку 7, имеющую по существу жесткую перегородку 70, герметизированную по кромке чашки. В крышке сформовано небольшое число струеформирующих сопловых отверстий 71, предпочтительно одно или два, проходящих через перегородку 70. Каждое из этих отверстий предпочтительно расположено в таком месте, которое не совпадает с центральной осью «О» картриджа, так что в картридже создается более высокая степень турбулентности текучей среды. Крышка, кроме того, снабжена защитным покрытием 72, уплотненным по перегородке 70, которое может быть пробиваемым или легкоснимающимся.
В воплощении на фиг.18 картридж содержит крышку 7, имеющую жесткую стенку 70, в которой создано небольшое количество сопловых отверстий, ориентированных в сторону опорной поверхности 140. В результате струя жидкости может отражаться в направлении внутреннего объема картриджа при отсутствии опасности пробивания отверстий в пробиваемой подающей перегородке 8. Крышка также может содержать защитное покрытие 72.
Настоящее изобретение было раскрыто в отношении различных воплощений, приведенных в качестве примера. Однако возможны и другие примеры, а также комбинации описанных здесь примеров. Например, ингредиентом может быть такой ингредиент, который не является растворимым, но заваривается так, как чайные листья или молотый кофе.