УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ НАПИТКА
BEVERAGE PREPARATION DEVICE

Настоящее изобретение относится к улучшениям устройств для приготовления напитка и, в частности, к устройству для приготовления напитка такого типа, в котором используются предварительно упакованные контейнеры с ингредиентами напитка.
Кофейни представляют собой часть "культуры кофе" с 17-ого столетия. В течение многих лет совершенствовались способы приготовления кофе, и квалифицированный персонал специально обучают приготовлению лучших кофейных напитков. Первые кофеварки были разработаны в начале 1800-ых, и автоматическое устройство для приготовления эспрессо было изобретено в 1930-ых. Автоматизация процесса приготовления кофе, в свою очередь, привела к быстрому росту, в частности, за последние десять лет, количества кофеен/магазинов с большим количеством напитков, приготовляемых специалистами, таких как эспрессо и кофе со взбитыми сливками, которые пользуются большим спросом. Эти типы напитков исторически расценивались как товары для роскоши, из-за необходимости использовать дорогие, сложные устройства, позволяющие получать высокое давление, необходимое для их приготовления, которыми должны были должным образом оперировать и соответствующим образом обслуживать специально обученные кофевары-баристы, чтобы получить хорошее качество. Поклонники кофе соглашаются, что эспрессо может быть испорчен плохо обученным оператором, несмотря на использование устройства хорошего качества и кофе хорошего качества. Эта тенденция, однако, привела не только к увеличенному спросу со стороны потребителей роскошных напитков высшего качества, но также к желанию большего разнообразия деликатесных напитков и возможности удобно приготавливать такие напитки в собственном доме.
Хотя согласованное техническое определение отсутствует, в общем, подразумевается, что, по сравнению со сваренным в кофеварке кофе, качественный эспрессо, приготовленный баристами имеет более густую консистенцию, из-за большего содержания растворенных твердых веществ и мелких капелек масла, взвешенных во всем напитке. Он имеет мягкую, но все же плотную, темную красновато-коричневый(ую) крем (пенку), составляющую 10-30% напитка. Крем представляет собой многофазную эмульсию воздуха и масла, белков и сахаров, выделенных из кофе, которая получается при высоком давлении, традиционно в области 9-10 бар. Высокое давление увеличивает скорость увлажнения кофе и улучшает экстракцию, а также отвечает за образование крема.
Знатоками эспрессо общепризнано, что эспрессо, приготовленный с использованием воды с более холодной, чем оптимальная температура, имеет кислый вкус, и эспрессо, приготовленный с использованием более горячей воды, чем эта температура, имеет горький вкус. Считается, что оптимальная температура должна быть между 92 и 96°C. Другие факторы, которые влияют на качество эспрессо, включают в себя обжарку и возраст кофейных зерен, крупность помола, степень уплотнения молотого кофе перед завариванием, и время варки. "Лучший" эспрессо получается при балансировании этих основных элементов процесса заваривания.
Домашние автоматические кофеварки также получили существенное развитие с тех пор, как первые фильтрующие устройства были изобретены в 1960-ых, и автоматические кофеварки во многих домах теперь представляют собой существенную часть кухонного оборудования. Некоторые такие устройства приготавливают отдельные порции напитка прямо в сосуд для питья и получают напиток из объемной засыпки исходных ингредиентов для напитка или из отдельных пакетов с ингредиентами напитка, таких как коробочки, подушечки или картриджи. Ниже, при описании таких пакетов, они называются общим термином картриджи. Устройства, в которых используются такие картриджи, избавляют пользователей от необходимости их очистки и предоставляют пользователю возможность выбора напитков. Пример одного типа такого картриджа описан в EP-A-1440903. Напитки формируют путем их заваривания, смешивания, растворения или формирования взвеси ингредиентов напитка в воде. Например, для кофейных напитков, горячую воду пропускают через картриджи для получения экстрагированного раствора. Использование картриджей в таких устройствах становится все более популярным из-за их удобства и качества получаемого напитка.
Пример устройства для приготовления напитков, в котором используется этот тип картриджа, описан в EP-A-1440644. Этот тип устройства обеспечивает, помимо прочего, улучшение известного уровня техники, известного в данное время, состоящее в том, что устройство работает при более низком давлении, чем ранее известные устройства, которые были разработаны для коммерческого или промышленного рынков, а не для рынка бытовой техники. Следовательно, это устройство более соответствовало рынку бытовой техники в смысле стоимости, надежности и рабочих характеристик. Однако проблема, возникающая в системах, которые работают с более низким давлением, состоит в том, что они обычно не позволяют получать эспрессо с уровнем качества бариста, для которого требуется существенно более высокое давление.
Однако изменение потребительских тенденций привело к спросу на бытовые устройства, которые позволяли бы получать эспрессо с уровнем качества бариста и определенный диапазон других напитков, для которых не требуется какое-либо обучение, которые были бы доступны и которые требуют небольшой или не требуют никакой чистки.
Для некоторых устройств, доступных на рынке, заявлено, что они позволяют получать высококачественные напитки, но по различным причинам, они представляют собой сравнительно дорогие устройства. Примеры таких устройств представляют собой Gaggia L'Amante™, Gaggia Evolution™, Nespresso Delonghi Latissimma 660™ и Krups XN2101™.
Для большинства этих устройств требуются специально разработанные картриджи повышенной сложности и определенная спецификация материалов для обеспечения возможности работы при высоком давлении, которое возникает в процессе заваривания эспрессо. Эти картриджи обычно включают в себя фильтры, и в процессе используется конфигурация картриджа, обеспечивающая возможность получения напитка с требуемым качеством под высоким давлением. Это ограничивает использование таких картриджей только в устройстве, для которого они были разработаны.
Однако желательно обеспечить улучшенное устройство для приготовления напитка, выполненное с возможностью приготовления и выбора напитков, включая в себя эспрессо высшего качества, а также напитков, не являющихся эспрессо, предпочтительно, используя предварительно упакованные картриджи для напитка. Устройство может также быть устройством для заварки с объемной засыпкой или другое устройство, работающее без картриджа.
Также желательно предоставить устройство, в котором обеспечивается обратная совместимость с существующими картриджами, такими как описаны в EP-A-1440903, которые используются в существующих устройствах для приготовления напитка при низком давлении.
Соответственно, настоящее изобретение направлено на способ приготовления напитков, использующий устройство для приготовления напитка, предназначенное для приготовления напитков из одного или более ингредиентов напитка, отличающийся управлением объемом газа, присутствующего в, по меньшей мере, части системы подачи устройства, для получения заданных характеристик готового напитка.
Объемом газа, предпочтительно, активно управляют путем увеличения объема, чтобы увеличить отношение газ:жидкость в полученном напитке, путем уменьшения объема, чтобы уменьшить отношение газ:жидкость или путем поддержания объема.
Предпочтительно объемом газа в системе подачи управляют путем введения дополнительного газа в систему подачи, путем удаления газа из системы подачи и/или при продувке системы подачи.
Способ, предпочтительно, кроме того, содержит этап измерения фактического объема газа, находящегося в системе подачи.
Фактический объем газа, находящийся в системе подачи может быть вычислен по сохраненным параметрам, относящимся к объему газа, остающегося в системе подачи после последней операции устройства.
Управление объемом газа предпочтительно выполняют для напитка на основе напитка, и, предпочтительно, производят автоматически в соответствии с типом получаемого напитка.
В качестве альтернативы, управление объемом газа выполняют вручную.
Объемом газа можно управлять до и/или после обработки ингредиентов напитка.
Предпочтительно объемом газа управляют путем избирательного открывания и/или закрывания средства клапана в системе подачи до и/или во время приготовления напитка.
Изобретение также направлено на устройство для приготовления напитка, предназначенное для приготовления напитка из одного или более ингредиентов напитка, отличающееся предоставлением средства для управления объемом газа, присутствующего в, по меньшей мере, части системы подачи устройства, для получения заданных характеристик готового напитка.
Устройство предпочтительно содержит средство для определения фактического объема газа, присутствующего в системе подачи.
Средство для определения фактического объема газа, присутствующего в системе подачи, может содержать средство для вычисления фактического объема по сохраненным параметрам, относящимся к объему газа, остающегося в системе подачи после последней операции устройства.
Предпочтительно сохраненные параметры содержат параметр основного объема, содержащийся в средстве управления, указанный основной объем представляет собой фактический объем газа, который постоянно находится в системе подачи неиспользуемого устройства или устройства после цикла продувки.
Сохраненные параметры могут содержать параметры, относящиеся к фактическому объему газа, остающегося в системе подачи после каждого типа напитка, для приготовления которого устройство было запрограммировано.
Средство для определения фактического объема газа, присутствующего в системе подачи, предпочтительно, содержит средство для измерения фактического объема газа в системе подачи.
Параметры, относящиеся к заданным объемам газа, который должен присутствовать в системе подачи для приготовления заданного диапазона напитков, предпочтительно содержатся в средстве управления, упомянутое средство управления, запрограммировано для вычисления разности между заданным объемом, требуемым для приготовляемого напитка, и фактически присутствующим объемом.
Средство для управления фактическим объемом газа может содержать клапан и/или средство продувки для выпуска газа, и/или средство насоса для ввода дополнительного газа в систему подачи.
Предпочтительно, средство клапана содержит выпускной клапан после и/или клапан перед обработкой ингредиентов напитка.
Операцией средства клапана предпочтительно управляют в соответствии с циклом приготовления напитка, для изменения фактического объема газа, присутствующего в системе подачи.
Предпочтительные варианты воплощения настоящего изобретение будут описаны ниже, только в качестве примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг.1 показан вид спереди в перспективе устройства приготовления напитка известного уровня техники с головкой картриджа в закрытом положении;
на фиг.2 показан вид спереди в перспективе устройства по фиг.1 с головкой картриджа в открытом положении;
на фиг.3 показан вид сзади устройства по фиг.1 с некоторыми частями, исключенными для ясности;
на фиг.4 показан вид спереди в перспективе головки картриджа устройства по фиг.1 с некоторыми частями, исключенными для ясности;
на фиг.5 показан другой вид спереди в перспективе головки картриджа по фиг.4, с некоторыми частями, исключенными для ясности;
на фиг.6 показан вид в поперечном сечении головки картриджа по фиг.4 в закрытом положении, в которой установлена версия картриджа для напитка;
на фиг.7 показан вид сбоку в поперечном сечении головки картриджа по фиг.4 в открытом положении, в которой установлен картридж для напитка;
на фиг.7a показан вид сверху резинового уплотнения для головки картриджа по фиг.4;
на фиг.8 схематично показаны различные составляющие части устройства по фиг.1, включающего в себя новый выпускной клапан с переменным выходным отверстием;
на фиг.9 схематично показан вид в разрезе оттока из головки картриджа, включающего в себя выпускной клапан с переменным отверстием по фиг.8;
на фиг.10-12 показаны виды спереди в поперечном сечении одного варианта осуществления клапана с переменным отверстием в оттоке по фиг.9, в его закрытом и открытом положениях, соответственно;
на фиг.13a и 13b показаны виды сбоку в поперечном сечении альтернативного выпускного клапана с переменным отверстием, используемого в оттоке по фиг.9, в его открытом и закрытом положениях, соответственно;
на фиг.14 и 15 показаны виды сбоку в поперечном сечении клапана по фиг.13a и 13b;
на фиг.16a показан вид сбоку приемника напитка, содержащего кофейный напиток, имеющий большой объем крема, полученный при использовании улучшенной системы управления газом;
на фиг.16b показана таблица, представляющая параметры варки, используемые при приготовлении напитка, поясняемого на фиг.16a;
на фиг.17a показан вид сбоку приемника напитка, содержащего кофейный напиток, имеющий малый объем крема, полученный при использовании улучшенной системы управления газом;
на фиг.17b показана таблица, представляющая параметры варки, используемые при приготовлении напитка, поясняемого на фиг.17a;
на фиг.18 показан вид сверху картриджа для напитка, соответствующего для использования в устройстве приготовления напитка по фиг.1;
на фиг.19 показан вид сбоку в поперечном сечении внешнего элемента картриджа по фиг.18;
на фиг.20 показан вид сбоку в поперечном сечении части внешнего элемента по фиг.19, представляющий направленное внутрь цилиндрическое удлинение;
на фиг.21 показан вид сбоку в поперечном сечении части внешнего элемента по фиг.19, представляющий паз;
на фиг.22 показан вид в перспективе сверху внешнего элемента по фиг.19;
на фиг.23 показан вид в перспективе сверху внешнего элемента по фиг.19 в перевернутой ориентации;
на фиг.24 показан вид в плане сверху внешнего элемента по фиг.19;
на фиг.25 показан поперечный разрез внутреннего элемента картриджа;
на фиг.25a показан поперечный разрез части внутреннего элемента по фиг.25, представляющий отверстие;
на фиг.26 показан вид в перспективе сверху внутреннего элемента по фиг.25;
на фиг.27 показан вид в перспективе сверху внутреннего элемента по фиг.25 в перевернутой ориентации;
на фиг.28 показан другой поперечный разрез внутреннего элемента по фиг.25;
на фиг.28a показан поперечный разрез другой части внутреннего элемента по фиг.25, представляющий отверстие для подачи воздуха;
на фиг.29 показан вид сбоку в поперечном сечении картриджа в собранном состоянии; и
на фиг.30 показан вид сбоку в поперечном сечении другой версии картриджа.
Чтобы обеспечить желательный широкий выбор типов напитков хорошего качества, имеющих другие характеристики, в настоящем изобретении представлено одно или больше существенных улучшений по сравнению с известными устройствами приготовления напитка. Эти улучшения обеспечивают возможность генерировать и поддерживать достаточно высокое давление для получения эспрессо хорошего качества, и это давление можно изменять так, что это не заметно для пользователя и не требует какого-либо вмешательства и регулировок вручную. Кроме того, они обеспечивают возможность улучшения крема, которое ранее было невозможным.
Эти улучшения, которые будут более подробно описаны ниже, включают в себя:
1) предоставление клапана переменной структуры после картриджа для напитка, чтобы обеспечить возможность для устройства для приготовления напитка работать в диапазоне давлений; и
2) предоставление большей степени управления в отношении конечного внешнего вида полученного напитка, в частности напитков с крема, путем управления объемом газа, проходящего через ингредиенты напитка.
Упомянутые выше улучшения будут описаны со ссылкой на известное устройство 10 для приготовления напитка, которое поясняется на фиг.1 - 7 прилагаемых чертежей. Следует отметить, однако, что данные улучшения находят применение в широком диапазоне устройств для приготовления напитка, выполненных с возможностью использования в них широкого разнообразия картриджей, которые, как было отмечено выше, включают в себя коробочки, подушечки, твердые и полужесткие картриджи.
Устройство 10 для приготовления напитка на фиг.1-3, в общем, содержит корпус 11, резервуар 12, водонагреватель 13, процессор управления (не показан), интерфейс 16 пользователя и головку 17 для картриджа. Головка 17 для картриджа, в свою очередь, в общем, содержит держатель 18 картриджа для удержания, при использовании, картриджа 100 для напитка и средство 20 распознавания картриджа. Головка 17 для картриджа, кроме того, содержит входной и выходной пробойники 21, 22, предназначенные для формирования в картридже 100 для напитка, при использовании, входного отверстия 107 для жидкости, для подачи жидкости в картридж 100 и выходного отверстия 108 для готового напитка для вывода напитка из картриджа 100 для напитка.
Хотя вода, вероятно, представляет собой самую обычную жидкость, используемую при приготовлении напитков, таких как кофе, устройство 10 также выполнено с возможностью работы с другими жидкостями, такими как молоко или производные молока, для их смешивания с ингредиентами 200 напитка. Любые приведенные здесь ссылки на воду следует также рассматривать, как включающие в себя любую форму жидкости, используемую для приготовления напитков.
Корпус 11, предпочтительно, выполнен полностью или частично из соответствующего пластика или металла. Корпус 11, предпочтительно, содержит конструкцию с отклоняющимися створками, имеющую переднюю половину 25 и заднюю половину 26, которые обеспечивают возможность доступа во время сборки для установки компонентов устройства 10.
В передней половине 25 корпуса 11 расположена распределительная установка 27, где происходит розлив напитка, которая включает в себя стойку 23 для чашки с поддоном для капель, расположенным ниже. Интерфейс 16 пользователя устройства также располагается на передней стороне корпуса 11 и содержит множество переключателей управления, например, кнопку 28 запуска/остановки, и множество индикаторов 29-32 состояния. Индикаторы 29-32 состояния, предпочтительно, выполнены на основе светодиодов (LED, СД), которые, например, обозначают готовность устройства 10, произошла ли ошибка в устройстве 10 операций, и режим работы устройства 10. LED 29-32 можно управлять, обеспечивая свечение с постоянной интенсивностью, периодические вспышки, или оба эти режима, в зависимости от состояния устройства 10. LED 29-32 могут иметь разные цвета, включая в себя зеленый, красный и желтый. Кнопка 28 запуска/остановки управляет началом цикла выдачи и, предпочтительно, является нажимной кнопкой с ручным управлением, переключателем или аналогичной.
Резервуар 12 расположен в задней части корпуса 11 и предпочтительно встроен в, или подключен к задней половине 26 корпуса 11. У резервуара 12 есть входное отверстие для заполнения резервуара 12 водой или другой жидкостью, которое закрывается, когда резервуар 12 установлен на устройстве 10. Выходное отверстие предусмотрено на нижнем конце резервуара 12, которое сообщается с насосом 14. Резервуар 12 может быть выполнен из прозрачного или полупрозрачного материала, обеспечивает возможность потребителю видеть количество воды, остающейся в резервуаре 12. В качестве альтернативы, резервуар 12 может быть выполнен из непрозрачного материала, но в нем предусмотрено смотровое окно. Кроме того, или вместо описанного выше, в резервуаре 12 может быть предусмотрен датчик низкого уровня, который исключает работу насоса 14 и, в случае необходимости, включает индикатор предупреждения, такой как LED, когда уровень жидкости в резервуаре опускается до предварительно установленного уровня. Резервуар 12, предпочтительно, имеет внутреннюю емкость приблизительно 1,5 литра.
Насос 14 функционально включен между резервуаром 12 и водонагревателем 13, как схематично показано на фиг.8, и управляется процессором управления. Соответствующий насос обеспечивает скорость потока 900 мл/мин воды при давлении 6 бар. Скоростью потока воды через устройство 10 может управлять процессор управления, обеспечивая процент от максимальной скорости потока насоса 14 циклически прерывая подачу электрического питания к насосу. Предпочтительно, насосом можно управлять с обеспечением любой из 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% или 100% максимальной расчетной скорости потока. Точность объема перекачиваемой воды предпочтительно составляет ±5%, что приводит к ±5% точности конечного объема выданного напитка. Объемный датчик расхода (не показан), предпочтительно, предусмотрен в линии потока, либо перед, или после насоса 14. Предпочтительно, объемный датчик расхода представляет собой роторный датчик.
Нагреватель 13 расположен внутри корпуса 11. Один соответствующий нагреватель 13 имеет номинальную мощность 1550 Вт и позволяет нагреть воду, принятую от водяного насоса 14 от начальной температуры приблизительно 20°C до номинальной рабочей температуры приблизительно 85°C меньше, чем за 1 минуту. Предпочтительно, время ожидания между концом одного цикла выдачи и возможностью нагревателя 13 начать последующий цикл выдачи составляет меньше чем 10 секунд. Нагреватель поддерживает выбранную температуру в пределах ±2°C во время цикла выдачи. Воду для цикла выдачи подают в головку 17 для картриджа при заданной температуре. Нагреватель 13 позволяет быстро регулировать температуру подачи до заданной температуры, в общем, между 80°C и 98°C и возможно выше, от температуры поступающей воды. Когда это задано, устройство 10 может включать в себя паровую продувку. Предпочтительное средство генерирования паровой продувки состоит в том, чтобы использовать водонагреватель 13 в форме импульсного (также известного как мгновенного или проточного) нагревателя. Типично такие устройства для мгновенного испарения жидкости содержат трубку, через которую пропускают воду, в которых трубка нагревается одним или более резистивными элементами. Устройство для мгновенного испарения жидкости может использоваться не только для нагрева воды для получения напитков, но также при более высоких установках мощности, для того, чтобы генерировать паровую продувку при выпаривании воды, остающейся в трубке устройства для мгновенного испарения жидкости после приготовления напитка. Преимущество устройств для мгновенного испарения жидкости состоит в том, что нет никакой существенной задержки, пока вода нагревается в бойлере. Устройства для мгновенного испарения жидкости нагревают воду, в случае необходимости, и немедленно выключаются после каждого цикла заваривания и поэтому обладают высокой эффективностью потребления энергии.
Выход воды из нагревателя 13, подают через соответствующую систему подачи к головке 17 для картриджа и в картридж 100 посредством клапана. Если давление потока воды является приемлемым, вода проходит к картриджу 100. Если давление ниже или выше заданных пределов, тогда воду отклоняют посредством клапана к приемнику утилизации.
Система подачи содержит трубки, которые подключают резервуар 12, водный насос 14, водонагреватель 13 и головку 17 для картриджа (как показано на фиг.8), чтобы подавать воду от резервуара 12 к картриджу 100.
Держатель 18 картриджа разработан так, чтобы иметь возможность работы с открывающими силами, генерируемыми давлением в картриджах 100, которые составляют приблизительно 250 кг для напитков эспрессо. Во время работы устройства 10 картриджи 100 стремятся расшириться, но требуется поддерживать целостность картриджей 100. Кроме того пользователь не должен иметь возможность открыть держатель 18, пока в системе имеется давление, и соответствующие механизмы замка предусмотрены, чтобы обеспечить это.
Одна соответствующая конструкция головки 17 для картриджа, описанная в WO-A-2006/014936, представлена на фиг.4-7. Держатель 18 картриджа в головке 17 для картриджа содержит фиксированную нижнюю часть 43, вращающуюся верхнюю часть 44 и поворотное основание 45 для картриджа, помещенное между фиксированной нижней частью 43 и вращающейся верхней частью 44. Верхняя часть 44, и основание 45 для картриджа вращаются вокруг общей оси 46 шарнира. На фиг.4-7 показан держатель 18 с некоторыми компонентами устройства 10, опущенными для ясности.
Вращающаяся верхняя часть 44 и поворотное основание 45 для картриджа перемещаются относительно фиксированной нижней части 43 посредством механизма фиксации. Механизм фиксации содержит рычаг фиксации, имеющий первый и второй элементы или части. Первая часть рычага фиксации содержит U-образный рычаг 47, который шарнирно установлен на верхней части 44 в двух первых точках шарнира 48, по одной на каждой стороне держателя 18.
Вторая часть рычага фиксации содержит два рычага 49, расположенные над центром, по одному на каждой стороне держателя 18, каждый из которых шарнирно устанавливается на верхней части 44 во второй точке 50 шарнира, расположенной на оси 46 шарнира, соединяющей верхнюю часть 44 с фиксированной нижней частью 43. Каждый рычаг 49 представляет собой элемент с возвратно-поступательным движением, содержащий цилиндр 49a, шток 49b и упругую муфту 49c. Цилиндр 49a имеет внутренний канал и установлен с возможностью вращения вокруг одного конца на оси 46 шарнира. Первый конец штока 49b со скольжением устанавливается во внутренний канал цилиндра 49a. Противоположный конец штока 49b с возможностью вращения устанавливается на U-образном рычаге 47 в третьей шарнирной точке 51. Третьи шарнирные точки 51 не соединены с и могут свободно двигаться относительно верхней части 44 и нижней части 43. Упругая муфта 49c устанавливается снаружи на шток 49b и продолжается при использовании между примыкающими поверхностями на цилиндре 49a и штоке 49b. Упругая муфта 49c обеспечивает возможность сокращения рычага 49, но смещает рычаг 49, в раздвинутую конфигурацию. Движение третьих шарнирных точек 51 в направлении к оси 46 шарнира и обратно, таким образом, становится возможным, благодаря относительному движению штоков 49b в цилиндрах 49a. Упругие муфты 49c, предпочтительно, сформированы из силикона. Хотя в поясняемом варианте осуществления используются два рычага 49 понятно, что механизм крышки может быть выполнен только с одним рычагом 49.
U-образный рычаг 47 проходит вокруг передней стороны держателя 18 и содержит свисающий вниз элемент 52 крюка на каждой стороне держателя 18, каждая из которых содержит кулачковую поверхность, обращенную к оси 46 шарнира. На фиксированной нижней части 43 держателя 18 предусмотрены два утолщения 53, или упоры, расположенные по одному на каждой стороне нижней части 43 на или около ее передней кромки 54, выровненные, в общем, с элементами 52 крюка.
Как показано на фиг.4, U-образный рычаг 47 может быть сформирован как одна деталь из пластика, содержащая эргономичную рукоятку и элементы 52 крюка, сформированные как единая деталь с рычагом 47.
Основание 45 для картриджа установлено с возможностью вращения между верхней и нижней частями 43, 44 держателя 18. На основании 45 предусмотрена, по существу, круглая выемка 55, в которую устанавливают при использовании картридж 100 для напитка (который более подробно описан ниже). Выемка 55 включает в себя выточку 56 для размещения участка 124 ручки картриджа 100 для напитка, которая также предотвращает вращение картриджа 100 для напитка в держателе 18. Основание 45 для картриджа подпружинено относительно фиксированной нижней части 43 таким образом, что в открытом положении, как показано на фиг.7, основание 45 для картриджа смещается из контакта с фиксированной нижней частью 43 так, что основание 45 для картриджа выводится из контакта с выходным и входным элементами 21, 22 пробойника. В основании 45 для картриджа предусмотрено отверстие 57 для пропуска через него входного и выходного пробойников 21, 22 и головки средства 20 распознавания картриджа, когда основание 45 для картриджа перемещается в закрытое положение.
Верхняя часть 44 содержит, в общем, круглый корпус 58, в котором размещено круглое окно 59 для просмотра, через которое потребитель может видеть картридж 100 для напитка во время цикла выдачи и также визуально проверять, загружен ли картридж 100 в устройство 10. Окно 59 для просмотра сформировано в виде чашки с кромкой, направленной вниз. Кроме того, в окне 59 для просмотра предусмотрен зажимной элемент в форме направленного внутрь трубчатого удлинения 61, как показано на фиг.7. Удлинение 61 направлено к нижней части 43 и размещается внутри объема головки картриджа в закрытом положении как показано на фиг.6. Окно 59 для просмотра выполнено с возможностью двигаться вдоль оси относительно корпуса 58 верхней части 44. Одна компоновка осуществления относительного движения состоит в установке волнистой пружины (не показана) или аналогичного упругого средства, такого как прорезиненное кольцо, помещенное между окном 59 для просмотра и круглым корпусом 58. В альтернативной компоновке предусмотрена последовательность спиральных нажимных пружин (не показаны), продолжающихся между окном 59 для просмотра и корпусом 58. В обоих случаях упругое средство обеспечивает возможность для окна 59 для просмотра в небольшой степени двигаться вдоль оси относительно круглого корпуса 58.
Когда держатель 18 находится в закрытом положении, дистальный конец 62 трубчатого удлинения 61 окна 59 для просмотра примыкает к поверхности 18a фиксации картриджа 100 для напитка, прижимая его к нижней части 43, как показано на фиг.6 (на которой показана компоновка, содержащая картридж, имеющий большую глубину). Давление, прикладываемое трубчатым удлинением 61 к внешнему элементу 102, обеспечивает не проницаемое для текучей среды уплотнение между картриджем 100 и держателем 18. Следует отметить, что высота окна 59 для просмотра, и, следовательно, также головки 17 для картриджа, такова, что могут быть установлены картриджи 100 разной высоты. На фиг.6 показана компоновка с относительно высоким картриджем. В той же самой головке 17 для картриджа можно также размещать более узкие картриджи. В этом случае возникает зазор между верхней поверхностью 111 картриджа 100 и окном 59. Однако картридж 100 полностью герметизируется на входном и выходном отверстиях давлением, прикладываемым через трубчатое удлинение 61.
Нижняя часть 43 содержит входной и выходной пробойники 21, 22 и головку средства 20 распознавания картриджа. Входной пробойник 21 содержит полую трубку 63 в виде иглы, имеющую заостренный конец 64 для перфорирования многослойного материала 105 картриджа 100 для напитка во время использования. Входной пробойник 21 сообщается по жидкости с трубкой 65 для воды, как показано на фиг.7, которая подведена через нижнюю часть 43 и соединена с выходной трубкой 66 водонагревателя 13. Выходной пробойник 22 аналогичен по типу выходному пробойнику, описанному в EP-A-0389141 и EP-A-0334572, и содержит цилиндр с открытым торцом с круглым или D-образным поперечным сечением, имеющим большие размеры, чем у носика 143 для выпуска напитка. Дугообразный участок 67 верхнего конца выходного пробойника 22 выполнен зубчатым, чтобы проткнуть и, в конечном итоге, прорезать многослойный материал картриджа 100 для напитка. Остальная часть верхнего конца срезана вдоль цилиндра, по меньшей мере, до основания зубьев 68 из зубчатого участка для отгибания или вытягивания многослойного материала 105 дальше от выходного отверстия прежде, чем напиток будет подан через него. Выходной пробойник 22 пробивает многослойный материал 105 с внешней стороны выпускного носика 143 и, когда основание 45 для картриджа находится в закрытом положении, устанавливается в кольце между выпускным носиком 143 и внешней стенкой 142 выпускной трубки 140. Выходной пробойник 22 загибает вырез многослойного материала 105 в кольцо. Таким образом, как выходной пробойник 22, так и вырез многослойного материала 105 удерживаются в стороне от разливаемого напитка.
Выходной пробойник 22 окружен выступом, который поднимается относительно окружающих его деталей на 0,5 мм.
Предпочтительно, выходной пробойник 22 выполнен съемным с нижней части 43, чтобы обеспечить возможность его тщательной очистки, например, в посудомоечной машине. Съемный выходной пробойник 22 помещают в выемку в нижней части 43, где он устанавливается. Входной пробойник 21 и/или выходной пробойник 22 могут быть выполнены из металла, такого как нержавеющая сталь, или из материала пластика. Предпочтительно, использование пластиковых режущих элементов обеспечивается, благодаря использованию многослойного материала 105, который может быть пробит и разрезан неметаллическим материалом. Следовательно, пробойники 21, 22 могут быть выполнены менее острыми, что снижает риск ранения потребителя. Кроме того, пластиковые элементы пробойников не проявляют тенденцию ржавления. Предпочтительно, входной пробойник 21 и выходной пробойник 22 сформированы как один цельный модуль, который выполнен съемным из нижней части 43.
При использовании верхняя часть 44 держателя 18 перемещается из открытого положения, в котором она ориентирована вертикально или в направлении к вертикали, как показано на фиг.2, в закрытое положение, в котором она ориентирована, по существу, горизонтально и находится во взаимном зацеплении с фиксированной нижней частью 43, и основанием 45 для картриджа. Верхняя часть 44 перемещается из открытого в закрытое положение с помощью операции рычага фиксации. Чтобы закрыть верхнюю часть 44, пользователь захватывает рычаг фиксации U-образного рычага 47 и тянет вниз. В следствие этого, верхняя часть 44 поворачивается, что сначала вводит трубчатое удлинение 61 окна 59 для просмотра в контакт с поверхностью 118a фиксации картриджа 100 для напитка. Продолжение вращения верхней части 44 поворачивает верхнюю часть 44 и основание 45 для картриджа вниз, в контакт с нижней частью 43. Дальнейшее вращение U-образного рычага 47 приводит к повороту U-образного рычага 47 относительно верхней части 44 и нижней части 43, что приводит к зацеплению элементами 52 крюка верхней части 44 утолщения 53 нижней части 43, так что кулачковая поверхность зажимается на утолщениях 53. Во время этой последней стадии поворота картридж 100 зажимается между основанием 45 для картриджа и окном 59 для просмотра. В результате окно 59 для просмотра немного перемещается вдоль оси относительно круглого корпуса 58 верхней части 44, преодолевая усилие волнистой пружины или спиральных пружин. Это движение позволяет учесть допуски размеров картриджа 100 для напитка и устройства 10 для приготовления напитка и гарантирует, что величина сжимающего усилия, прикладываемого к картриджу 100, поддерживается в пределах приемлемого диапазона. Сила зажима механизма, смягченная действием волнистой пружины или спиральных пружин, гарантирует давление зажима на картридж 100. Было определено, что сила от 150Н до 400Н должна противостоять давлению в картридже 100. Во время закрывания головки картриджа многослойный материал 105 картриджа 100 натягивается, когда он входит в контакт с выступом, окружающим выходной пробойник 22, что обеспечивает изгиб многослойного материала 105 с выходом за пределы плоскости, когда дистальный кончик внешней трубки 142 цилиндрической трубки перемещается вверх на 0,5 мм относительно фланца 147. Это движение также гарантирует, что значительная часть сжимающего усилия, прикладываемого к картриджу 100, действует через центральную область картриджа 100, через несущий нагрузку внутренний элемент 103. Эти зажимающие силы помогают предотвратить отказ картриджа 100 во время повышения давления и также гарантируют, что внутренний элемент 103 и внешний элемент 102 полностью устанавливаются относительно друг друга и, таким образом, что назначенные размеры всех внутренних каналов и отверстий сохраняются, даже во время повышенного внутреннего давления.
В закрытом положении разделение дистального кончика 62 трубчатого удлинения 61 и нижней части 43 показано ссылочной позицией D на фиг.6. Это расстояние устанавливается размерами окна 59 для круглого корпуса 58 и нижней части 43. Расстояние D выбирают так, чтобы оно было одинаковым или незначительно меньшим, чем расстояние d между поверхностью 118a фиксации и многослойным материалом 105 под поверхностью картриджей 100. Таким образом, при закрывании головки 17 для картриджа картриджи 100 подвергаются фиксированной, известной степени сжатия. Кроме того, оба, первый и второй варианты осуществления картриджа могут быть зажаты с одинаковой степенью сжатия, поскольку расстояние D, является одинаковым для обоих типов картриджей.
Воображаемая линия привязки может быть вычерчена между первой и второй шарнирными точками 48, 50 держателя 18. Как можно видеть на фиг.7, в открытом положении третья шарнирная точка 51 расположена на стороне линии привязки, ближе всего к фиксированной нижней части 43. По мере того, как верхняя часть 44 достигает закрытого положения, третья шарнирная точка 51 рычага фиксации проходит через линию привязки, соединяющую первую и вторую шарнирные точки 48, 50, на противоположную сторону линии, дальше всего от фиксированной нижней части 43. Следовательно, U-образный рычаг 47 защелкивается, переходя из первого устойчивого положения во второе устойчивое положение. Действие защелкивания обеспечивается путем сокращения рычагов 49, расположенных над центром, и последовательного сжатия упругих муфт 49c. Как только третья шарнирная точка 51, пройдет воображаемую линию привязки, восстановление размеров упругих муфт 49c действует так, чтобы продолжить движение третьей шарнирной точки 51 далее от воображаемой линии привязки. Рычаг фиксации, таким образом, выполняет работу с двумя устойчивыми состояниями, в которых рычаг устойчив в открытом или закрытом положениях, но неустойчив в точке, в которой третья шарнирная точка 51 находится на воображаемой линии привязки, соединяющей первую и вторую шарнирные точки 48, 50. Таким образом, действие защелкивания рычага фиксации обеспечивает механизм принудительного закрывания, который приводит к определенному действию закрывания, при котором, на заключительных этапах поворота рычага фиксации, действие защелкивания U-образного рычага 47 и вторых рычагов вводит элементы 52 крюка в плотный контакт с утолщениями 53. Кроме того, упругие муфты 49c оказывают сопротивление повторному открытию верхней части 44 поскольку, минимальная сила должна в достаточной степени сжать муфты 49c, чтобы переместить третьи шарнирные точки 51 назад к линии привязки, соединяющей первую и вторую шарнирные точки 48, 50. Предпочтительно, взаимное зацепление элементов 52 крюка и утолщений 53 предотвращает разделение верхних и нижних частей, кроме как путем поворота рычага фиксации. Это полезно для предотвращения открывания головки 17 для картриджа во время работы, когда на головку 17 для картриджа воздействует повышенное внутреннее давление.
Давление, прикладываемое верхней частью 44, обеспечивает полное плотное уплотнение для жидкости между картриджем 100 и держателем 18 картриджа. Силы фиксации помогают предотвратить отказ картриджа 100 во время воздействия повышенного давления и также гарантируют, что заданные размеры всех внутренних каналов и отверстий внутри картриджа 100 сохраняются даже во время воздействия повышенного внутреннего давления. Чтобы улучшить уплотнение картриджа 100, заявитель определил, что в случае покрытия выемки 55 основания 45 для картриджа резиновым уплотнителем 55a (см. фиг.7a) улучшается способность устройства противостоять существенно более высоким давлениям, генерируемым во время цикла заваривания.
Управление циклом заваривания выполняется с помощью процессора управления устройства 10 для приготовления напитка, который содержит модуль обработки и запоминающее устройство. Процессор управления функционально связан с и управляет работой нагревателя 13, насоса 14, интерфейса 16 пользователя, и других компонентов, описанных ниже.
Поведение во время работы устройства 10 определяется программным обеспечением, внедренным в процессор управления, например, как описано в EP-A-1440644. Запоминающее устройство процессора управления включает в себя одну или больше переменных для одного или больше оперативных параметров для устройства 10 для приготовления напитка. В устройствах известного уровня техники они обычно представляют собой температуру жидкости, пропускаемой через картридж 100 для напитка во время рабочего этапа, скорость зарядки картриджа 100 для напитка, наличие или отсутствие этапа пропитки, общий объем получаемого напитка, скорость потока жидкости во время этапа разряда и период этапа продувки.
Одно из назначений средства 20 распознавания картриджа состоит, помимо прочего, в том, чтобы обеспечить возможность для устройства 10 распознавать тип картриджа 100 для напитка, который был вставлен, и регулировать один или более оперативных параметров, соответственно. Переменные для оперативных параметров содержатся в запоминающем устройстве. Картридж 100 содержит код 120, предоставленный на или в картридже 100, который представляет оперативные параметры, требуемые для оптимальной подачи напитка в этот картридж 100. Пример кода описан в EP-A-1440644.
Запоминающее устройство процессора управления кроме того содержит информацию о типе выданного напитка так, чтобы цикл работы устройства 10 можно было регулировать для следующего картриджа 100. Это особенно предпочтительно, когда два или больше картриджей 100 для напитка используются последовательно, чтобы приготовить напиток. Например после заваривания картриджа с кофе может следовать картридж с молоком, чтобы приготовить напиток кофе со взбитыми сливками. В качестве альтернативы, после картриджа с шоколадом может следовать картридж с молоком, чтобы получить сливочный горячий шоколадный напиток. При использовании запоминающего устройства, в котором содержится информация о первом выданном напитке, подход при заваривании второго картриджа, например, картриджа с молоком, может быть изменен, чтобы получить оптимальный напиток. В указанном выше примере молоко, завариваемое для горячего шоколада, может, типично быть разбавлено в меньшей, степени, чем молоко, добавляемое в кофе. Кроме того, молоко, завариваемое для шоколада, может завариваться при меньшей скорости потока, чтобы уменьшить степень пенообразования напитка. Возможно множество комбинаций картриджей и операционных параметров, как будет очевидно для специалиста. Кроме того, запоминающее устройство может использоваться, чтобы обеспечить для устройства 10 возможность "прогнозировать" тип напитка, который пользователь захочет заварить следующим. Например, если пользователь, в основном, пьет один тип напитка, тогда устройство может передать инструкции в водонагреватель оставаться при оптимальной температуре для этого типа напитка.
Работа устройств 10 известного уровня техники содержит вставку картриджа 100 для напитка в головку 17 для картриджа, выполнение цикла заваривания, в котором приготавливают напиток, и извлечение картриджа 100 из устройства.
Чтобы вставить картридж 100, держатель 18 картриджа открывают, как описано выше, чтобы открыть основание 45 для картриджа. Картридж 100 затем размещают на основании 45 для картриджа, устанавливая его в выемку 55. Держатель 18 картриджа затем закрывают, выполняя операцию с рычагом фиксации, как описано выше. Во время закрывания входной и выходной пробойники прокалывают картридж 100 для формирования, входного отверстия 107 и выходного отверстия 108 в картридже.
Чтобы начать рабочий цикл, пользователь выполняет операцию с кнопкой 28 запуска/остановки. Рабочий цикл содержит этапы распознавания картриджа и цикл приготовления напитка.
Распознавание картриджа выполняется оптическим средством 20 распознавания картриджа как описано выше, при условии, что выходные сигналы датчика картриджа для определения того, присутствует или картридж в держателе 18, и датчика блокировки, для определения того, закрыт ли держатель 18 должным образом,  являются удовлетворительными. Как только штрих-код 40 будет декодирован, рабочие параметры устройства 10 регулируются процессором управления. Затем автоматически начинается цикл приготовления. Цикл приготовления имеет четыре основных этапа, хотя не все они используются для всех типов напитка:
1. Предварительное увлажнение
2. Пауза
3. Этап заваривания
4. Продувка
На этапе предварительного увлажнения картридж 100 заполняют жидкостью из резервуара 12 содержания с помощью насоса 14. Заполнение водой обеспечивает увлажнение ингредиентов 200 напитка в камере 160. Заполнение может происходить при "быстрой" скорости потока 600 мл/мин или "медленной" скорости потока 325 мл/мин. Медленная скорость заполнения, в частности, полезна для картриджей 100 содержащих вязкие жидкие ингредиенты напитка, когда ингредиенты требуют некоторого разбавления прежде, чем появится возможность их накачки при более высокой скорости потока. Объем жидкости, вводимой в картридж 100, выбирают, чтобы гарантировать, что жидкость или напиток не начнет капать из выходного отверстия картриджа 108 во время этого этапа.
Этап паузы позволяет ингредиентам 200 напитка впитать жидкость, введенную во время этапа предварительного увлажнения, в течение заданного промежутка времени. И этапы предварительного увлажнения и впитывания, как известно, увеличивают выход экстрагируемых веществ из ингредиентов 200 напитка и улучшают конечный аромат напитка. Предварительное увлажнение и впитывание, в частности, используются, когда ингредиенты напитка представляют обжаренный и молотый кофе.
На этапе заваривания жидкость пропускают через картридж 100, чтобы получить напиток из ингредиентов 200 напитка. Температура жидкости определяется процессором управления, который посылает инструкции в нагреватель 13, чтобы нагреть жидкость, протекающую из резервуара 12 в головку 17 для картриджа. Жидкость поступает в держатель 18 картриджа через впускной клапан и входной пробойник и затем протекает во входную камеру 126 картриджа 100 для напитка.
Заваривание и/или смешивание напитка в картридже 100 для напитка происходит, как описано в EP-A-1440644, прежде чем готовый напиток вытечет из выходного отверстия картриджа 104, поступит в выпускной клапан 37 и будет направлен в соответственно размещенный приемник в распределительной установке 27.
Во время цикла продувки температура водонагревателя 13 поднимается достаточно высоко, чтобы преобразовать воду, остающуюся в системе, в пар и продуть под давлением пар через устройство 10 для приготовления напитка и картридж 100 для напитка. Это гарантирует, что весь напиток будет выдан и что проток будет очищен и будет готов для приготовления другого напитка. Цикл продувки не может немедленно начаться после прекращения этапа варки/смешивания, поскольку большая часть жидкости должна освободить проток.
Как только рабочий цикл будет закончен, устройство автоматически останавливается, и потребитель удаляет картридж 100, открывая держатель 18 картриджа и вручную удаляя, и выбрасывая картридж 100. В качестве альтернативы, в устройстве 10 может быть предусмотрен автоматический механизм выброса для удаления картриджа автоматически при открывании держателя 18 картриджа.
Первое из существенных улучшений известных устройств 10 для приготовления напитка, упомянутых выше, представляет собой обеспечение клапана 60 переменной структуры (см. фиг.9-15), который установлен рядом с выходным отверстием картриджа 108 для обеспечения возможности регулирования давления после установки картриджа. Это обеспечивает возможность для устройства 10 получать широкое разнообразие напитков, поскольку оно позволяет выборочно заваривать картриджи 100 либо при высоком, или при низком давлении, или при переменном давлении во время цикла заваривания, в зависимости от типа цикла заваривания, требуемого для ингредиентов напитка в картридже, идентифицированного средством 20 распознавания картриджа, таким образом, обеспечивая автоматизированную систему переменного давления. Модифицированное устройство выполнено с возможностью приготовления напитков в диапазоне давлений, например от 0 до 9 бар, и более предпочтительно, от 0 до 6 бар.
Клапан 60 переменной структуры размещен после картриджа 100, и предпочтительно, установлен в выходном отверстии 37 для напитка, которое частично размещается в, и продолжается от нижнего участка 43 головки 17 для картриджа (см. фиг.6 и 7). У клапана 60 есть, по меньшей мере, открытое и ограниченное состояние, и более предпочтительно, все состояния идентифицированные ниже:
1. Открытое (фиг.11)
2. Ограниченное (фиг.12)
3. Закрытое (фиг.10)
4. Очистка/продувка.
Различные типы клапана могут использоваться в качестве выпускного клапана 60, такие как шаровые клапаны, клапаны с зажимом, золотниковые клапаны, тарельчатые клапаны или дисковые клапаны. В варианте осуществления, поясняемом на фиг.10-12, представлен клапан шарового типа, у которого есть вращающийся элемент 69 расположенный в камере 70 в выходном отверстии 37 для напитка. Вращающийся элемент 69 поворачивается между заданными положениями, чтобы обеспечить заданные состояния. Диаметр внутреннего канала клапана 60 в неограниченном положении, предпочтительно, составляет, по меньшей мере, 5 мм, что требуется, например, для картриджей 100 обеспечивающих приготовление фильтрованных напитков при низком давлении.
Альтернативный соответствующий клапан представляет собой клапан с зажимом, показанный на фиг.13-15, который содержит гибкую трубку 71, предпочтительно изготовленную из силиконового каучука или эластомерного материала, и механизм 72 зажима. В неограниченном положении (на фиг.13a и 14) напиток протекает свободно через трубку 71. Механизм 72 зажима активизируют, чтобы обеспечить ограниченное положение (фиг.13b и 15) и закрытое положение.
Клапаном 60 управляет автоматически процессор управления устройства 10. Как только тип картриджа 100 вставленного в устройство 10 будет идентифицирован путем декодирования штрих-кода 40, процессор управления выбирает правильную исходную установку и, если соответствует, любую следующую операцию клапана 60 для соответствующего типа напитка.
Устройство 10 может работать в некотором диапазоне режимов с клапаном 60 в одном или больше положениях, некоторые примеры которых представляют собой:
1. Клапан открыт в течение всего цикла заваривания
Когда клапан 60 находится в его открытом положении, рабочее давление ниже 2 бар, что обеспечивает установившееся состояние при скорости потока до 400 мл/мин. Напиток получают в состояниях, аналогичным описанным в EP-A-1440644. Этот режим, в частности, полезен, поскольку он делает устройство 10 обратно совместимым с существующими картриджами для приготовления напитков при низком давлении, таких как чай, вспененное молоко или шоколад.
2. Клапан ограничен в течение всего цикла заваривания
Когда клапан 60 находится в его ограниченном положении, он создает относительно высокое обратное давление внутри картриджа 100, в результате чего получают рабочее давление до 4, 6 или 9 бар, и обеспечивает установившееся состояние при скорости потока 60-300 мл/мин. Этого достаточно, чтобы получить необходимую экстракцию твердых тел и эмульгирование масел в ингредиентах 200 напитка для напитка эспрессо. Последовательное ограничение выходного отверстия 37 для напитка обеспечивает действия сдвига и смешивания в напитке, протекающем через клапан 60, обеспечивая хорошее эмульгирование воздуха/жидкости и получая в результате улучшенную крема. Этот режим может предпочтительно использоваться для приготовления напитков при более высоком давлении, таких как эспрессо и капучино из картриджей 100, в которых нет средства для захвата воздуха, чтобы произвести действие смешивания, то есть, так называемых, картриджей без эжектора.
3. Клапан закрыт, затем ограничен
Если клапан 60 немедленно закрывается в начале цикла заваривания (прежде, чем включится насос 14 и во время цикла предварительного увлажнения), это обеспечивает возможность достичь более высокого давления внутри картриджа 100, чем когда клапан 60 находится в его ограниченном положении.
Дальнейшие комбинации могут быть соответствующими, такие как клапан закрытый, затем открытый или клапан закрытый, затем ограниченный, затем открытый в соответствии с желательным эффектом, который будет достигнут.
Если требуется, клапан 60 может пульсировать между различными положениями во время цикла заваривания, или в течение части его. Этот подход к работе клапана во время цикла заваривания обеспечивает возможность получения напитков с крема имеющей градуированный цвет и/или размер пузырьков.
Во время цикла продувки клапаном 60 управляет процессор управления, чтобы отвести пар в область стока, а не к распределительной установке 27, чтобы сохранить внешний вид напитка и предотвратить его загрязнение.
Второе из существенных упомянутых выше улучшений известных устройств 10 для приготовления напитка, представляет собой добавление к системе управления завариванием управления газом. Заявитель неожиданно обнаружил, что характеристики напитков, приготовленных в устройстве 10 для приготовления напитка этого типа, могут быть модифицированы за пределами, замеченными в устройствах известного уровня техники. Удивительный эффект получается при управлении объемом газа в системе подачи во время приготовления напитка, чтобы предписать количество крема высокого качества, получая в результате управляемое количество крема на напитке, изменяющееся от тонкого слоя до неожиданно глубокого слоя в конечном напитке. Заявитель нашел путь успешно использовать газы в устройстве для приготовления напитка, чтобы модифицировать отношение газ:жидкость, чтобы получить удивительный объем хорошей устойчивой крема в готовых напитках, никогда не получавшийся прежде в устройствах известного уровня техники. Поддержание большего объема газа, присутствующего в системе подачи, обеспечивает возможность получения намного большего отношения газ:жидкость во время заваривания и распределения, и это обеспечивает, соответственно, больший объем крема. Уменьшение объема газа обеспечивает возможность уменьшения отношения, чтобы уменьшить объем крема. На размер пузырьков также влияет отношение газ:жидкость, таким образом, низкое отношение может использоваться для получения плотной и сливочной крема, и более высокое отношение используют для получения более жидкой и игристой крема. Это улучшение, поэтому, обеспечивает возможность оптимизировать объем и размер пузырьков крема для каждого приготовленного напитка. Было найдено, что при управлении газом эспрессо хорошего качества может быть заварен с объемом крема, больше чем 25% объема напитка, при уменьшении возникновения пузырьков, имеющих диаметр больше чем 172 микрон, что ранее считалось не возможным в известных устройствах для приготовления напитка этого типа.
Улучшение достигается при адаптации управления циклом заваривания, чтобы обеспечить средство для управления объемом газа внутри системы подачи, которая подает воду от резервуара 12 к ингредиентам 200 напитка и в выходное отверстие для распределения. Все дальнейшие ссылки в этом описании на систему подачи включают в себя любой ее заданный участок, например участок, продолжающийся от водонагревателя 13 до картриджа 100, и могут также включать в себя, если это соответствует, некоторое количество газа, содержащегося в пределах свободного пространства над продуктом внутри картриджа 100.
"Основной объем" газа, который может постоянно находиться в системе подачи любого данного устройства 10, зависит от его конструкции. "Фактический объем" в любой момент времени изменяется в соответствии с тем, использовалось ли устройство 10 только что, чтобы подготовить напиток, для какого напитка оно использовалось, и управляли ли циклом продувки паром. Таким образом, улучшенное управление циклом заваривания включает в себя средство для изменения объема газа в системе подачи в соответствии с типом напитка, который будет приготовлен (то есть одному требуется крема с меньшим количеством и меньшими пузырьками, или другому нужно больше пены с более крупными пузырьками), принимая во внимание фактический объем уже присутствующего газа. Средство для изменения объема газа может быть получено следующими комбинациями:
1) продувка системы подачи после цикла заваривания полностью выполнена, и перед следующим завариванием с высоким давлением, что увеличивает отношение газ:жидкость;
2) удаление газа от системы подачи до заваривания с высоким давлением, что уменьшает отношение газ:жидкость; и
3) введение газа в систему подачи до заваривания с высоким давлением, что увеличивает отношение газ:жидкость.
Предпочтительно, предусмотрены средство клапана, обеспечивающее возможность уменьшения объема газа в пределах системы подачи, и воздушный насос, обеспечивающий возможность ввода газа (типично воздуха) в систему. Отдельный, выделенный воздушный клапан может быть установлен в систему подачи, либо перед, или после картриджа 100. Предпочтительно клапан 60 переменной структуры описанный выше, может использоваться как средство клапана.
Чтобы обеспечить возможность выполнения такого улучшенного управления циклом варки, дополнительные параметры, помимо описанных выше в связи с основным устройством 10, могут содержаться в запоминающем устройстве процессора управления. Эти дополнительные параметры включают в себя основной объем газа для определенной конструкции устройства 10 (что относится к устройству 10, не использовавшемуся или после продувки), и объем, требуемый во время заваривания с высоким давлением для оптимизации крема для каждого определенного напитка. Предпочтительно, дополнительные параметры также включают в себя фактический объем газа, который остается в системе подачи после каждого типа операции заваривания, который может быть выполнен устройством 10. Однако это не очень нужно, если устройство 10 запрограммировано, чтобы управлять циклом продувки паром после приготовления каждого напитка, который эффективно сбрасывает фактический объем к основному объему, потому что он промывает струей жидкости систему распределения после водонагревателя 13, вымывая любую остающуюся жидкость.
Цикл заваривания, поэтому, включает в себя дополнительный этап, а именно, цикл регулирования газа перед циклом предварительного увлажнения. Регулирование газа, таким образом, включает в себя:
1) Оценку заданного объема газа для типа напитка, который будет приготовлен. Наиболее удобно выбирать из запоминающего устройства процессора обязательный параметр, ассоциированный с кодом 120 картриджа;
2) Определение фактического объема газа, в настоящее время находящегося в средстве подачи, в соответствии с последней операцией устройства 10. Он будет представлять собой основной объем для неиспользовавшегося устройства или, если управляли циклом продувки. Если устройство только что использовалось, чтобы подготовить напиток, и цикл продувки не был выполнен, процессор в идеале выбирает из запоминающего устройства параметр для остающегося газа в соответствии с последним напитком. В качестве альтернативы, также может быть предоставлено средство, в частности, выполняющее мониторинг объема газа в системе подачи в любой точке времени;
3. Вычисление объема газа, который должен быть введен в или выведен из системы подачи, чтобы получить заданный объема;
4. Изменение объема газа, если требуется, путем ввода дополнительного газа (типично воздуха) или удаления избыточного газа.
В одном примере устройство 10 для приготовления напитка имеет основной объем газа 36 мл на участке средства подачи, продолжающемся между водонагревателем 13 и ингредиентами 200 напитка.
Существует множество других режимов работы для этапа 4, в зависимости от результата этапа 3, в зависимости от того, какое средство клапана используется. Если средство клапана расположено после картриджа, то есть, используется выпускной клапан, один способ управления объемом воздуха перед ингредиентами 200 напитка до заваривания с высоким давлением путем закрывания выпускного клапана в других точках в цикле заваривания состоит в следующем:
1. Присутствует правильный объем газа
Если процессор вычисляет, что требуется полный основной объем газа (36 мл) для напитка, который должен быть приготовлен, как определено путем считывания кода 120, он закрывает выпускной клапан в начале цикла заваривания, перед любым потоком воды от водонагревателя 13. Это означает, что сжатие газа в системе подачи начинается немедленно, и картридж 100 будет подвергнут более высокому давлению во время цикла предварительного увлажнения и цикла пропитки, при этом клапан открывается только, чтобы выдать полученный в результате напиток. Поскольку выходной клапан закрывается до того, как включится насос 14, все 36 мл захваченного газа смешиваются с получаемым в результате напитком, и получается больший объем немного более грубой крема (фиг.16a). В представленном примере показан объем Y крема в градуированном стакане, мензурке с плоским дном, который составил 20 мл по сравнению с объемом жидкости X, который составил 50 мл.
В таблице, показанной на фиг.16b, представлен пример параметров цикла варки, используемых для получения напитка в этом режиме с большим объемом крема, в условиях тестирования.
В этой таблице состояние остановки 0 секунд (например, рядом с этапом удаления газа), обозначает, что этап не выполняется.
2. Присутствует слишком много газа
Если, с другой стороны, напиток с малым объемом крема обозначен на вставленном картридже 100, и имеется излишек газа присутствующего в системе, выходной клапан закрывают после того, как насос 14 проработает в течение короткого времени, пока избыточный газ из системы подачи не будет удален через открытый клапан при низком давлении. При закрытом позже клапане в цикле заваривания, заданный объем газа выпускают в атмосферу через картридж 100 и клапан, таким образом, оставляют меньшее количество захваченного газа, который сжимается и поступает в смесь следующего напитка во время заваривания с высоким давлением, и, следовательно, получается меньший объем более тонкой крема (фиг.17a). В показанном примере, объем крема Y в градуированном стакане, мензурке с плоским дном, составил 5 мл по сравнению с объемом жидкости X, который составил 50 мл.
В таблице, показанной на фиг.17b, представлен пример параметров варки, используемых, чтобы получить напиток в данном режиме с малым объемом крема в условиях тестирования.
3. Присутствует недостаточно газа
Если на этапе 3 будет обозначено, что больше газа должно быть введено, выходной клапан немедленно закрывается, и воздушный насос включают в работу, пока дефицит не будет устранен. После этого начинается заваривание с высоким давлением.
Следующий график представляет цифровой анализ изображения, показывающий сравнение характеристик крема, полученной существующим устройством 10 для приготовления напитка (устройство A) с использованием системы управления газом, и двумя устройствами известного уровня техники (устройствами B и C) без такой системы управления газом. При сравнении профилей для каждого устройства от пика (диаметр ~172 пм) направо (увеличение размера пузырьков), можно заметить, что устройство А проявляет очень плотное распределение малых пузырьков в крема. Устройство C (Nespresso Latissma (tm), которое является устройством высокого давления, которое имеет номинальное давление приблизительно 19 бар и работает с давлениями от 9 до 15 бар), получает более широкое/более грубое распределение с множеством пузырьков с большим диаметром, в то время как устройство B (собственное устройство заявителя Tassimo/Bosch (tm), аналогичное описанному в EP-A-1440644, которое является устройством с низким давлением, работающим при давлении ниже 2 бар) все еще работает более грубо, хотя без больших пузырьков, наблюдавшихся в устройстве C.
Хвост в левой части графика (чрезвычайно малые пузырьки) представляет собой характеристику пределов систем анализа изображения, используемых чтобы получить график, хотя и качественно аналогичных.
Некоторые элементы управления газом в устройстве 10 для приготовления напитка могут также быть выполнены вручную при помощи соответствующих кнопок пользователя, которые он должен нажать, чтобы обозначить тип получаемого напитка и заданные характеристики крема.
Хотя данное улучшение было описано со ссылкой на устройства 10 для приготовления напитка, в которых используют картриджи 100, оно также может использоваться в кофеварках, работающих с объемной засыпкой ингредиентов, и в других устройствах, в которых не используются картриджи.
Варианты осуществления картриджей 100, которые являются соответствующими для использования в устройстве 10, имеющем улучшения, описанные выше, показаны на фиг.18-30.
Картридж 100, в общем, содержит внешний элемент 102, внутренний элемент 103 и многослойный материал 105. Внешний элемент 102, внутренний элемент 103 и многослойный материал 105 собирают, чтобы сформировать картридж 100, у которого есть внутренняя часть 106 для содержания одного или больше ингредиентов напитка, входное отверстие 107, выходное отверстие 108 и проток для напитка, связывающий входное отверстие 107 с выходным отверстием 108, и который продолжается через внутреннюю часть 106. Входное отверстие 107 и выходное отверстие 108 предварительно запечатывают многослойным материалом 105 и открываются при использовании в результате прокалывания или разрезания многослойного материала 105. Проток напитка определяется пространственными взаимосвязями между внешним элементом 102, внутренним элементом 103 и многослойным материалом 105 как описано ниже. Другие компоненты могут, в случае необходимости, быть включены в состав картриджа 100, такие как фильтр 104, как будет дополнительно описано ниже.
Первая версия картриджа 100, который будет описан, показана на фиг.19-29. Первая версия картриджа 100, в частности, разработана для использования при приготовлении продуктов типа эспрессо, таких как обжаренный и молотый кофе, где желательно получить крема. Однако, эта версия картриджа 100 может использоваться с другими продуктами, такими как шоколад, кофе, чай, подслащивающие вещества, ликеры, приправы, алкогольные напитки, ароматизированное молоко, фруктовые соки, пюре, соусы и десерты.
Как можно видеть на фиг.23, общая форма картриджа 100 является, в общем, круглой или дисковидной с диаметром картриджа 100 существенно большим, чем его высота. Большая ось X проходит через центр внешнего элемента как показано на фиг.19. Типично общий диаметр внешнего элемента 102 составляет 74,5 мм ±6 мм, и общая высота составляет 16 мм ±3 мм. Типично объем картриджа 100 во время сборки составляет 30,2 мл ±20%.
Внешний элемент 102, в общем, содержит сформированную в виде чаши оболочку 110 имеющую изогнутую кольцевую стенку 113, закрытую верхнюю часть 111 и открытое дно 112. Диаметр внешнего элемента 102 меньше в верхней части 111 по сравнению с диаметром дна 112 в результате развальцовки кольцевой стенки 113, по мере перемещения от закрытой верхней части 111 до открытого дна 112. Кольцевая стенка 113 и закрытое дно 112 вместе определяет приемник, имеющий внутреннюю часть 137.
Полое, направленное внутрь цилиндрическое удлинение 118 предусмотрено на закрытой верхней части 111, сцентрированное с большой осью X. Как более ясно показано на фиг.20, цилиндрическое удлинение 18 содержит ступенчатый профиль, имеющий первый, второй и третий участки 119, 120 и 121. Первый участок 119 выполнен как правильный круговой цилиндр. Второй участок 120 выполнен в форме усеченного конуса и сужается внутрь. Третий участок 121 является другим правильным круговым цилиндром и закрывается нижней фаской 131. Диаметры первого, второго и третьего участков 119, 120 и 121 последовательно уменьшаются таким образом, что диаметр цилиндрического удлинения 118 уменьшается, по мере перемещения от верхней части 111 до закрытой нижней фаски 131 цилиндрического удлинения 118. В общем, горизонтальный выступ 132 сформирован на цилиндрическом удлинении 118 в месте соединения между вторым и третьим участками 120 и 121.
Продолжающийся наружу выступ 133 сформирован на внешнем элементе 102 в направлении ко дну 112. Продолжающийся наружу выступ 133 формирует вторичную стенку 115 коаксиальную кольцевой стенке 113, чтобы определить кольцевую дорожку, формирующую трубку 116 между вторичной стенкой 115 и кольцевой стенкой 113. Трубка 116 продолжается вокруг внешнего контура внешнего элемента 102. Последовательность пазов 117 предусмотрена в кольцевой стенке 113, выровненных по уровню с трубкой 116, для обеспечения обмена газом и жидкостью между трубкой 116 и внутренней частью 134 внешнего элемента 102. Как показано на фиг.21, пазы 117 содержат вертикальные прорези в кольцевой стенке 113. Предусмотрено от двадцати до сорока пазов. В показанном варианте осуществления, предусмотрено тридцать семь пазов 117, расположенных, в общем, через равные промежутки вдоль окружности трубки 116. Пазы 117, предпочтительно, имеют длину от 1,4 до 1,8 мм. Типично длина каждого паза 117 составляет 1,6 мм, что составляет 10% от общей высоты внешнего элемента 102. Ширина каждого паза 117 составляет от 0,25 до 0,35 мм. Как правило, ширина каждого паза 117 составляет 0,3 мм. Ширина пазов 117 является достаточно узкой, чтобы предотвратить выход ингредиентов напитка через них в трубку 116, либо во время хранения, или при использовании.
Входная камера 126 сформирована во внешнем элементе 102 в кромке внешнего элемента 102. Предусмотрена цилиндрическая стенка 127, как наиболее ясно показано на фиг.23, внутри которой сформирована входная камера 126, и отделяет входную камеру 126 от внутренней части 134 внешнего элемента 102. У цилиндрической стенки 127 есть закрытая верхняя фаска 128, которая сформирована в плоскости, перпендикулярной большой оси X, и открытый нижний конец 129 копланарный с дном 12 внешнего элемента 102. Входная камера 126 сообщается с трубкой 116 через два паза 130 как показано на фиг.19. В качестве альтернативы, от одного до четырех пазов могут использоваться для сообщения между трубкой 116 и входной камерой 126.
На нижнем конце продолжающегося наружу выступа 133 предусмотрен продолжающийся наружу фланец 135, который продолжается перпендикулярно большой оси X. Типично фланец 135 имеет ширину от 2 до 4мм. Участок фланца 135 увеличивается, чтобы сформировать ручку 124, за которую можно удерживать внешний элемент 102. На ручке 124 предусмотрена завернутая вверх кромка 125, чтобы улучшить захват.
Внешний элемент 102 сформирован как одиночная единая деталь из полиэтилена высокой плотности, полипропилена, полистирола, полиэфира или многослойного материала из двух или больше этих материалов. Соответствующий полипропилен представляет собой диапазон полимеров, поставляемых компанией DSM UK Limited (Реддич, Великобритания). Внешний элемент может быть непрозрачным, прозрачным или полупрозрачным. Производственный процесс может представлять собой литье под давлением.
Внутренний элемент 103 как показано на фиг.25-28, содержит кольцевую рамку 141 и продолжающуюся вниз цилиндрическую трубку 140. Большая ось X продолжается через центр внутреннего элемента 103, как показано на фиг.25.
Как лучше всего показано на фиг.26 и 27, кольцевая рамка 141 содержит внешнюю кромку 151 и внутреннюю втулку 152 соединенные десятью радиальными спицами 153, расположенными через равные промежутки. Внутренняя втулка 152 представляет собой неотъемлемую часть с и продолжается от цилиндрической трубки 140. Отверстия 155 для фильтрации сформированы на кольцевой рамке 141 между радиальными спицами 153. Фильтр 104 располагается на кольцевой рамке 141, покрывая отверстия 155 для фильтрации. Фильтр, предпочтительно, выполнен из материала с высокой устойчивостью к воздействию влаги, например из нетканого волоконного материала из полиэфира. Другие материалы, которые могут использоваться, включают в себя непроницаемый для воды целлюлозный материал, такой как целлюлозный материал, содержащий тканые бумажные волокна. К тканым бумажным волокнам могут быть примешаны волокна из полипропилена, поливинилхлорида и/или полиэтилена. Внедрение этих пластмасс в целлюлозный материал делает целлюлозный материал пригодным для запечатывания теплом. Фильтр 104 также может быть обработан или покрыт материалом, который активизируется теплом и/или давлением так, чтобы его можно быть запечатать на кольцевой рамке 141 таким образом.
Как показано на профиле в поперечном сечении по фиг.25, внутренняя втулка 152 расположена в более нижнем положении, чем внешняя кромка 151, в результате чего получается кольцевая рамка 141 имеющая наклоненный нижний профиль.
На верхней поверхности каждой спицы 153 предусмотрена вертикальная пластина 154, которая делит пустое пространство выше кольцевой рамки 141 на множество проходов 157. Каждый проход 157 ограничен с обеих сторон пластиной 154 и с нижней стороны фильтром 104. Проходы 157 продолжаются от внешней кромки 151 вниз к, и открываются в цилиндрическую трубку 140 в отверстиях 156 определенных внутренними краями пластин 154.
Цилиндрическая трубка 140 содержит внешнюю трубку 142 окружающую внутренний выпускной носик 143. Внешняя трубка 142 формирует внешнюю область цилиндрической трубки 140. Выпускной носик 143 соединен с внешней трубкой 142 на верхнем конце выпускного носика 143 посредством кольцевого фланца 147. Выпускной носик 143 содержит входное отверстие 145 на верхнем конце, которое сообщается с отверстиями 156 проходов 157, и выходное отверстие 144 на нижнем конце, через которое выпускают готовый напиток в чашку или другой приемник. Профиль выпускного носика 143 содержит ступенчатый профиль с явным резким искривлением 166 вблизи к верхнему концу трубки.
Как показано на фиг.25, в выпускном носике 143 предусмотрен отсек 165, который продолжается через часть выпускного носика 143 от выходного отверстия 144. Отсек 165 помогает предотвратить распыление и/или разбрызгивание напитка, когда его выпускают из выпускного носика 143.
Кромка 167 продолжается прямо от кольцевого фланца 147, соединяющего внешнюю трубку 142 с выпускным носиком 143. Кромка 167 окружает входное отверстие 145 выпускного носика 143 и формирует кольцевой канал 169 между кромкой 167 и верхним участком внешней трубки 142. На кромке 167 предусмотрен направленный внутрь выступ 168. В одной точке вокруг окружности кромки 167 предусмотрено отверстие 170 в форме паза, которое продолжается от верхнего участка кромки 167 до точки, расположенной несколько ниже уровня выступа 168, как лучше всего показано на фиг.25 и 25a. Паз имеет ширину 0,64 мм.
Отверстие 171 для впуска воздуха предусмотрено на кольцевом фланце 147 вдоль окружности, выровненное с отверстием 170, как показано на фиг.28 и 28a. Отверстие 171 для впуска воздуха содержит отверстие, продолжающееся через фланец 147, для обеспечения сообщения между точкой выше фланца 147 и пустым пространством ниже фланца 147, между внешней трубкой 142 и выпускным носиком 143. Предпочтительно, и как показано на чертеже, отверстие 171 для впуска воздуха содержит верхний участок 173 усеченного конуса и нижний цилиндрический участок 172. Отверстие 171 для впуска воздуха типично сформировано с помощью инструмента пресс-формы, такого как штифт. Конический профиль отверстия 171 для впуска воздуха позволяет легко удалять инструмент пресс-формы из сформованного компонента. Стенка внешней трубки 142 около отверстия 171 для впуска воздуха выполнена так, чтобы сформировать лоток, ведущий из отверстия 171 для впуска воздуха к входу 145 выпускного носика 143. Как показано на фиг.28a, скошенный выступ 174 сформирован между отверстием 171 для впуска воздуха и лотком, чтобы гарантировать, что струя напитка, выходящего из паза 170, не будет непосредственно загрязнять верхнюю поверхность фланца 147 в непосредственной близости к отверстию 171 для впуска воздуха.
Внутренний элемент 103 может быть сформирован как одиночная единая деталь из полипропилена или аналогичного материала, как описано выше, и используя литье под давлением, таким же образом, как и для внешнего элемента 102.
В качестве альтернативы, внутренний элемент 103 и/или внешний элемент 102 могут быть выполнены из разлагаемого микроорганизмами полимера. Примеры соответствующих материалов включают в себя разлагаемый полиэтилен (например, SPITEK, поставляемый компанией Symphony Environmental, Борхэмвуд, Великобритания), разлагаемый микроорганизмами полиэфирамид (например, BAK 1095 поставляемый компанией Symphony Environmental), полимеризованные молочные кислоты (PLA поставляемые компанией Cargil, Миннесота, США), полимеры на основе крахмала, производные целлюлозы и полипептиды.
Многослойный материал 105 сформирован из двух слоев, первого слоя из алюминия и второго слоя из литого полипропилена. Алюминиевый слой имеет толщину от 0,02 до 0,07 мм. Слой из литого полипропилена имеет толщину от 0,025 до 0,065 мм. В одном варианте осуществления алюминиевый слой имеет толщину 0,06 мм, и слой полипропилена имеет толщину 0,025 мм. Этот многослойный материал 105, в частности, предпочтителен, поскольку он обладает высокой устойчивостью к скручиванию во время сборки. В результате многослойный материал 105 может быть предварительно разрезан с требуемыми размером и формой и впоследствии передан в сборочную установку на производственной линии, не подвергаясь деформации. В следствие этого, многослойный материал 105, в частности, хорошо подходит для сварки. Другие многослойные материалы могут использоваться, включая в себя многослойные материалы PET (ПЭТ, полиэтилентерефталат)/алюминий/PP (ПП, полипропилен), PE (ПЭ, полиэтилен)/EVOH (ПЭВС, сополимер этилена с виниловым спиртом)/PF (ФФ, фенол-формальдегид), PET/металлизированный/PP и алюминий/PP. Запас в виде рулонного многослойного материала может использоваться вместо запаса в форме заготовок, высеченных штампом.
Картридж 100 может быть закрыт твердой или полужесткой крышкой вместо гибкого многослойного материала 105.
При сборке картриджа 100 используются следующие этапы:
a) внутренний элемент 103 вставляют во внешний элемент 102;
b) фильтр 104 разрезают для придания формы и размещают во внутреннем элементе 103 так, что он устанавливается внутри цилиндрической трубки 140, упираясь в кольцевую рамку 141;
c) внутренний элемент 103, внешний элемент 102 и фильтр 104 соединяют ультразвуковой сваркой;
d) картридж 100 заполняют одним или более ингредиентами напитка;
e) многослойный материал 105 закрепляют на внешнем элементе 102.
Эти этапы будут более подробно описаны ниже.
Внешний элемент 102 ориентируют открытым дном 112 вверх. Внутренний элемент 103 затем вставляют во внешний элемент 102, при этом внешняя кромка 151 устанавливается со свободной посадкой в осевом удлинении 114 в верхней части 111 картриджа 100. Цилиндрическое удлинение 118 внешнего элемента 102 в то же время устанавливается в верхнем участке цилиндрической трубки 140 внутреннего элемента 103.
Третий участок 121 цилиндрического удлинения 118 устанавливается внутри опорной кромки 167. Выступ 132 цилиндрического удлинения 118 между вторым участком 120 и третьим участком 121 прилегает к верхней части опорной кромки 167 внутреннего элемента 103. Зона границы перехода, таким образом, формируется между внутренним элементом 103 и внешним элементом 102, содержащим торцевой уплотнитель между цилиндрическим удлинением 118 и опорной кромкой 167, которая продолжается вокруг почти полной окружности картриджа 100. Уплотнитель между цилиндрическим удлинением 118 и опорной кромкой 167 не является влагонепроницаемым, поскольку паз 170 в опорной кромке 167 продолжается через опорную кромку 167 и вниз к точке несколько ниже выступа 168. Следовательно, граница перехода, установленная между цилиндрическим удлинением 118 и опорной кромкой 167 преобразует паз 170 в отверстие, обеспечивающее сообщение газов и жидкостей между кольцевым каналом 169 и выпускным носиком 143. Отверстие типично составляет 0,64 мм в ширину на 0,69 мм в длину.
Фильтр 104 затем размещают поверх внутреннего элемента 103 таким образом, что фильтрующий материал находится в контакте с кольцевой кромкой 151. Затем используется процесс ультразвуковой сварки, чтобы соединить фильтр 104 с внутренним элементом 103 и, в то же время, и в той же технологической операции, внутренний элемент 103 с внешним элементом 102. Внутренний элемент 103 и фильтр 104 сваривают вокруг внешней кромки 151. Внутренний элемент 103 и внешний элемент 102 соединяют посредством линий сварного шва вокруг внешней кромки 151 и также верхних кромок пластин 154.
Как наиболее ясно показано на фиг.29, внешний элемент 102 и внутренний элемент 103, когда их соединяют, образуют пустое пространство во внутренней части 106 ниже кольцевого фланца 141 и снаружи от области цилиндрической трубки 140, которая формирует фильтровальную камеру. Фильтровальная камера 160 и проходы 157 выше кольцевой рамки 141 разделены фильтровальной бумагой 104.
Фильтровальная камера 160 содержит один или больше ингредиентов 200 напитка. Один или больше ингредиентов 200 напитка упаковывают в фильтровальную камеру 160. Для напитка в стиле эспрессо ингредиент типично представляет собой обжаренный и молотый кофе. Плотность упаковки ингредиентов напитка в фильтровальной камере 160 может быть различной, в соответствии с требованиями. Как правило, для фильтрованного кофейного продукта фильтровальная камера содержит от 5,0 до 10,2 граммов обжаренного и молотого кофе в слое фильтрации толщиной типично 5-14 мм. В случае необходимости, внутренняя часть 106 может содержать одно или больше тел, таких как сферы, которые свободно двигаются внутри внутренней части 106, которые способствуют перемешиванию, индуцируя турбулентность и разбивая осадок ингредиентов напитка во время выпуска напитка.
Многослойный материал 105 затем присоединяют к внешнему элементу 102 при формировании сварного шва 161 вокруг кромки многослойного материала 105, чтобы соединить многослойный материал 105 с нижней поверхностью продолжающегося наружу фланца 135. Сварной шов 161 продолжается, запечатывая многослойный материал 105 на нижнем краю цилиндрической стенки 127 входной камеры 126. Кроме того, сварной шов 161 формируют между многослойным материалом 105 и нижним краем внешней трубки 142 цилиндрической трубки 140. Многослойный материал 105 формирует нижнюю стенку фильтровальной камеры 160 и также запечатывает входную камеру 126 и цилиндрическую трубку 140. Однако, малый зазор 163 существует до подачи между многослойным материалом 105 и нижним краем выпускного носика 143. В зависимости от характеристик многослойного материала 105 можно использовать множество способов сварки, таких как тепловая и ультразвуковая сварка.
Предпочтительно, внутренний элемент 103 располагается между внешним элементом 102 и многослойным материалом 105. Внутренний элемент 103 сформирован из материала с относительной жесткостью, такого как полипропилен. Также, внутренний элемент 103 формирует несущий нагрузку элемент, который действует для удержания многослойного материала 105, и внешнего элемента 102 на расстоянии друг от друга, когда картридж 100 сжимают. Предпочтительно, картридж 100 подвергают сжимающей нагрузке от 130 до 280Н при использовании. Сжимающее усилие направлено на защиту картриджа от воздействия внутреннего повышенного давления и также используется для сжатия вместе внутреннего элемента 103 и внешнего элемента 102. Это гарантирует установку внутренних размеров каналов и отверстий в картридже 100 и исключает их изменение при воздействии повышенного давления на картридж 100.
Во время использования вода под давлением поступает в картридж 100 через входное отверстие 107 во входную камеру 126. Оттуда воду направляют так, что она протекает через пазы 117 и вокруг трубки 116 и в фильтровальную камеру 160 картриджа 1 через множество пазов 117. Воду подают радиально внутрь через фильтровальную камеру 160, и она смешивается с ингредиентами 200 напитка содержавшимися в ней. Воду в то же время подают вверх через ингредиенты 200 напитка. Напиток, сформировавшийся при протекании воды через ингредиенты 200 напитка, протекает через фильтр 104 и отверстия 155 фильтрации в проходы 157, расположенные над кольцевой рамкой 141.
Напиток в радиальных проходах 157 протекает вниз вдоль проходов 157 сформированных между пластинами 154 и через отверстия 156 и в кольцевой канал 169 цилиндрической трубки 140. От кольцевого канала 169 напиток подают под давлением через отверстие 128, под действием обратного давления напитка, собирающегося в фильтровальной камере 160, и проходы 157. Напиток, таким образом, выпускают через отверстие в виде струи и в камеру расширения, сформированную верхним концом выпускного носика 143. Как показано на фиг.29, струя напитка проходит прямо по отверстию 171 для впуска воздуха. Пропускание напитка через ограничение отверстием обеспечивает уменьшение давления напитка. Когда напиток поступает в выпускной носик 143, давление напитка все еще является относительно низким. В результате воздух захватывается потоком напитка в форме множества малых воздушных пузырьков, поскольку воздух поступает через отверстие 171 для впуска воздуха. Струя напитка, вытекающего из отверстия, направляется вниз к выходному отверстию 144, где напиток подают в приемник, такой как чашка, в котором воздушные пузырьки формируют желательную крема. Таким образом, отверстие и отверстие 171 для впуска воздуха вместе формируют эжектор, который подает воздух в напиток. Поток напитка в эжектор требуется поддерживать настолько плавным, насколько это возможно, чтобы уменьшить потери давления. Следует отметить, что в состоянии высокого давления механизм подачи воздуха дезактивируется.
Запечатывание фильтра 104 на спицах 153 и приваривание кромки 151 к внешнему элементу 102 гарантирует отсутствие обходных путей, и весь напиток должен пройти через фильтр 104.
На фиг.30 показан второй вариант осуществления картриджа 100 для напитка, который может использоваться в устройстве 10 для приготовления напитка в соответствии с настоящим изобретением. Одинаковые компоненты в первом и втором вариантах осуществления обозначены одинаковыми номерами ссылочных позиций. Многие из компонентов и функций второго варианта осуществления картриджа 100 являются теми же, что и в первом варианте осуществления. Однако, на фиг.30 можно видеть, что картридж 100 имеет большую общую высоту по сравнению с картриджем 100 показанным на фиг.29. Внешний элемент 102 выполнен более высоким и, таким образом, определяет большее пустое пространство, в котором может содержаться большее количество ингредиентов 200 для напитка. Второй вариант осуществления картриджа 100, поэтому, соответствует для приготовления больших объемов напитка. Диаметр внешнего элемента 102 и картриджа 100 является таким же, как и в первом варианте осуществления. Типично объем накопления картриджа 100 во время сборки составляет 50-58 мл ±20%. Как в первом варианте осуществления, на верхней поверхности внешнего элемента 102 предусмотрена выемка, имеющая поверхность 118 фиксации, расположенную на ее дне. В соответствии с настоящим изобретением, разделение D между поверхностью 118a и нижней стороной многослойного материала 105 является таким же, как и в первом варианте осуществления. В результате удлиненная выемка продолжается приблизительно на 60% расстояния к многослойному материалу 105. Это предпочтительно позволяет использовать упрощенную зажимную компоновку, используемую, как описано ниже.
Кроме того, во втором варианте осуществления картриджа 100 отсутствует отверстие 171 эжектора для впуска воздуха.
Первый и второй варианты осуществления картриджа 1, описанные выше, представлены как примеры картриджа с "эжектором" и картриджа без "эжектора", которые можно использовать с описанным выше улучшенным устройством для приготовления напитка.