СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ НАПИТКА ИЛИ ЖИДКОГО ПИЩЕВОГО ПРОДУКТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ СИЛЫ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD TO PREPARE BEVERAGE OR LIQUID FOOD PRODUCT USING CENTRIFUGAL FORCE AND SYSTEM FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к способу приготовления напитка или жидкого продукта питания, приготовляемых или экстрагируемых из пищевого вещества с помощью центробежных сил, действующих на контейнер с этим веществом. Изобретение также относится к устройству для осуществления указанного способа.
Известен способ приготовления напитков, при котором смесь, состоящая из приготовленного кофе и кофейного порошка, разделяется с помощью центробежных сил. Такая смесь получается при контакте в течение ограниченного времени горячей воды и кофейного порошка. Затем вода продавливается через сетчатый фильтр, на котором присутствует порошок.
В существующих устройствах кофейный порошок помещают в приемную емкость, которая обычно является несъемной частью машины, как, например, описано в EP 0367600 B1. Такие устройства имеют множество недостатков. Во-первых, кофейный порошок должен дозироваться в приемную емкость вручную. Во-вторых, отходы кофе после центрифугирования становятся сухими и должны соскабливаться для удаления с поверхности приемной емкости. В результате приготовление кофе требует значительных усилий и занимает много времени. Кроме того, свежесть кофе может быть разной, что может влиять на качество готового напитка в чашке, поскольку кофе, как правило, поступает из оптовой упаковки или мелется из зерен в самой приемной емкости.
Кроме того, качество готового напитка в чашке может сильно зависеть от выполняемой вручную дозировки кофе и условий его приготовления (например, скорости центрифугирования и размера приемной емкости).
В результате такие устройства никогда не достигали большого коммерческого успеха.
В документе DE 102005007852 описана машина, содержащая съемный держатель, в который вставляется открытая чашеобразная часть контейнера, при этом другая часть или крышка присоединены к приводному валу машины. Преимуществом этого является удобство извлечения и очистки контейнера. Однако имеется недостаток, заключающийся в трудоемкости. Другим недостатком является сложность управления качеством кофе вследствие недостаточных возможностей для регулирования дозировки порошка и отсутствия контроля свежести кофейного порошка.
Другие устройства для приготовления кофе с использованием центробежных сил описаны в документах: WO 2006/112691, FR 2624364, EP 0367600, GB 2253336, FR 2686007, EP 0749713, DE 4240429, EP 0651963, FR 2726988, DE 4439252, EP 0367600, FR 2132310, FR 2513106, FR 2487661, DE 3529053.
Применение центробежных сил при приготовлении кофе или других пищевых продуктов имеет множество преимуществ по сравнению с обычными способами приготовления типа «эспрессо», использующими насосы высокого давления. В способах приготовления типа «эспрессо» очень трудно управлять всеми параметрами, влияющими на качество экстракции кофе. Такими параметрами обычно являются: давление, расход, который уменьшается с падением давления, уплотнение кофейного порошка, которое также влияет на характеристики потока и которое зависит от размера частиц молотого кофе, температура, распределение расхода воды и так далее.
Таким образом, существует потребность в создании нового способа экстракции и предназначенной для применения с ним капсулы, которые позволяют более эффективно и более независимо управлять параметрами экстрагирования, обеспечивая удобное управление качеством конечной приготавливаемой жидкости.
Также имеется необходимость в создании устройства для приготовления различных видов напитков, в частности кофейных, например, кофе эспрессо, кофе, получаемого фильтрацией, или кофе латте, при регулировке параметров приготовления каждого напитка для получения оптимального результата. В частности, имеется потребность в гибкой системе, обеспечивающей простое и легкое управление параметрами приготовления напитка, в частности давлением, действующим на слой вещества при приготовлении напитка.
В то же время имеется потребность в более удобном способе, по сравнению с известными способами, в которых применяются центробежные устройства, обеспечивающем лучшее качество готового напитка с более эффективным контролем таких важных для качества параметров, как свежесть и дозировка в приемную емкость.
В более общем смысле изобретение относится к способу приготовления напитка или жидкого продукта питания из содержащегося в фильтрующем контейнере пищевого вещества путем пропускания воды через вещество с помощью центробежных сил, включающему подачу воды в контейнер и приведение контейнера во вращение для обеспечения протекания воды через вещество по центробежному пути потока к выходу из контейнера, при этом контейнер образован закупоренной до момента ее использования капсулой, открываемой для ввода в нее воды, причем капсула содержит заданную дозу пищевого вещества и выбрасывается после использования.
Капсула может быть выполнена газонепроницаемой для сохранения свежести содержащегося в ней вещества. Капсула может открываться непосредственно в самом устройстве, например, прокалыванием, или, как вариант, перед установкой в устройство, например, прокалыванием или удалением закупоривающей капсулу фольги.
Капсула может открываться для ввода в нее воды путем прокалывания после помещения капсулы в устройство для приготовления напитков.
Капсула может также открываться для ввода в нее воды до помещения ее в устройство для приготовления напитков посредством образования по меньшей мере одного прохода с помощью прокалывания или удаления закупоривающей капсулу фольги.
Конкретнее, способ относится к способу приготовления жидкого продукта питания или напитка в устройстве для приготовления напитков из содержащегося в фильтрующем контейнере пищевого вещества путем пропускания воды через вещество с помощью центробежных сил, включающему:
- подачу воды в контейнер,
- приведение контейнера во вращение для обеспечения протекания воды через вещество по центробежному пути потока к выходу из контейнера,
при этом контейнер образован закупоренной до момента ее использования капсулой с дозой пищевого вещества, расположенной в устройстве для приготовления напитков, причем капсула выполнена с возможностью открывания для ввода в нее воды и с возможностью ее извлечения из устройства для приготовления напитков для утилизации после завершения приготовления жидкости посредством вращения капсулы в устройстве для приготовления напитков.
Термин «закупоренная» капсула означает, что капсула изготовлена из газонепроницаемых материалов и герметично закупорена, чтобы не допускать проникновения в нее воздуха. Кроме того, капсула предпочтительно содержит инертный газ, который способствует сохранению свежести вещества в капсуле. Капсула также может быть обернута внешней защитной мембраной, которая удаляется перед помещением капсулы в устройство.
Предпочтительно капсула содержит дозу вещества для приготовления одной или двух порций (например, чашек) напитка. Обычные размеры чашки составляют примерно от 25 до 220 мл.
Доза вещества для одной чашки кофе может составлять, например, от 4 до 8 г обжаренного молотого кофе.
Следует отметить, что с помощью этого способа достигаются неожиданно успешные результаты приготовления напитков, обеспечивающие большее содержание в чашке сухих веществ кофе, чем способы, использующие повышенное давление (например, способы типа «эспрессо», применяющие при приготовлении напитков воду, находящуюся под создаваемым насосом давлением). Предполагается, что поток воды, находящийся под действием центробежных сил, распределяется более равномерно, что обеспечивает образование меньшего количества (или полное отсутствие) преимущественных путей прохождения воды по массе кофейного порошка по сравнению с обычными способами, использующими создаваемое насосом повышенное давление.
Пищевое вещество в капсуле может быть молотым кофейным порошком, быстрорастворимым кофе, чаем, шоколадом, забеливателем, вкусоароматическими веществами или их комбинациями.
Предпочтительно капсула приводится во вращение со скоростью свыше 5000 об/мин, более предпочтительно - от 5000 до 16000 об/мин. Как ни удивительно, при таких высоких скоростях вращения капсулы, содержащей молотый кофе, получаются кофейные пенки улучшенного качества. По сравнению с обычными пенками, получаемыми традиционными способами и являющимися более водянистыми, с пузырьками большего размера, такие пенки имеют более кремообразную консистенцию, похожую на настоящую эмульсию из масла и воды.
Разумеется, скорость также зависит от пищевого ингредиента. В случае чайного листа скорость вращения предпочтительно является невысокой, чтобы обеспечить настаивание, а не экстракцию под действием давления. В частности, для чайного листа скорость вращения составляет от 10 до 1000 об/мин, более предпочтительно от 50 до 500 об/мин.
Капсула может содержать закупоривающую крышку. Закупоривающая крышка может содержать гибкую мембрану. Мембрана может содержать газонепроницаемый слой и состоять из слоев, изготовленных из полимеров, алюминия и/или алюминиевых сплавов.
Капсула может также содержать чашеобразный корпус, который закупоривается закупоривающей крышкой. Чашеобразный корпус также содержит газонепроницаемые материалы. Он может быть изготовлен из металла, такого как алюминиевая фольга, и/или из пластмассы.
В другом варианте осуществления изобретения капсула может быть изготовлена из двух герметично соединенных кусков гибкой фольги. Фольга может быть скомпонована симметричным образом, образуя две одинаковые стороны, сваренные по периметру.
В другом варианте осуществления изобретения капсула содержит пластмассовую крышку, присоединенную к чашеобразному корпусу. Пластмассовая крышка и корпус могут соединяться посредством защелкивающего элемента, содержащего отклоняемую уплотнительную кромку. Отклоняемая кромка может раскрываться под действием центробежных сил, действующих на выходящую из капсулы приготовленную жидкость. Капсула может содержать пластмассовую крышку, закрепленную на чашеобразном корпусе с помощью сварки, при этом в крышке и/или корпусе имеется ряд предварительно выполненных периферийных выпускных отверстий для выпуска приготовленной жидкости из капсулы под действием центробежных сил. Заранее выполненные периферийные выпускные отверстия могут представлять собой ряд малых щелей небольшого размера, предназначенных также для фильтрации приготовленной жидкости и удержания твердых частиц вещества в капсуле. Крышка и корпус могут быть соединены с помощью ультразвуковой сварки или любого другого подходящего способа соединения.
Способ согласно изобретению включает операцию, в которой горячая вода вводится в капсулу по существу безо всякого избыточного давления. Вода может вводиться с помощью устройства подачи горячей воды, использующего принцип всасывания или испарения.
Как вариант, в случае очень густого потока горячая вода может вводиться при помощи насоса низкого давления, например перистальтического, диафрагменного и т.п.
Способ также включает операцию, в ходе которой создается по меньшей мере одно периферийное выпускное отверстие для жидкости до введения или во время введения воды в закупоренную капсулу.
Выпускные отверстия могут быть проколоты в крышке капсулы. Также выпускные отверстия могут прокалываться и в боковых стенках капсулы.
В одном из вариантов осуществления изобретения множество выпускных отверстий выполнено путем проколов на периферийной области капсулы. Этот способ обладает тем преимуществом, что для него требуется более простая капсула. Количество выпускных отверстий может подбираться так, чтобы регулировать скорость потока готовой жидкости. Так как выпускные отверстия расположены радиально ориентированными рядами, образуется слой или струи приготовленной жидкости, находящейся под высоким давлением и выталкиваемой из капсулы.
Предпочтительно в способе согласно изобретению приготовленная жидкость накапливается, чтобы затем образовывать однородный поток жидкого продукта питания или напитка, который может направляться в чашку.
В одном из вариантов осуществления изобретения в капсуле образуется по меньшей мере одно периферийное выпускное отверстие в результате раскрытия капсулы под действием давления жидкости, создаваемого центробежными силами.
Изобретение также относится к системе для приготовления напитка или жидкого продукта питания из пищевого вещества, содержащегося в фильтрующем контейнере, путем пропускания воды через вещество с помощью центробежных сил, содержащей:
устройство, включающее в себя средство подачи воды в контейнер и привод вращения контейнера, при этом контейнер образован капсулой с пищевым материалом, выполненной с возможностью установки в устройство для приготовления жидкого продукта питания и извлечения из этого устройства после приготовления жидкого продукта питания;
удерживающее средство, предназначенное для съемной установки и удержания капсулы в устройстве в соответствующем положении относительно средства подачи воды и вдоль оси вращения привода.
Предпочтительно до момента введения в устройство капсула является контейнером, закупоренным газонепроницаемым образом.
В одном из вариантов выполнения системы согласно изобретению боковые стенки капсулы образуют усеченный конус и способствуют протеканию приготовленной жидкости через вещество к выпускному (выпускным) отверстию (отверстиям) капсулы.
В другом возможном варианте осуществления изобретения капсула имеет жесткую крышку, упругим образом присоединенную к чашеобразному корпусу. Крышка может быть пластмассовой. Крышка и корпус могут быть соединены посредством радиального отгибаемого уплотнительного средства, которое раскрывается под действием центробежной силы, обеспечивая прохождение приготовленной жидкости. Например, отгибаемое уплотнительное средство может содержать по меньшей мере один кольцевой пластмассовый выступ на крышке, сцепляемый с посадочным местом на чашеобразном корпусе, или наоборот.
Кроме того, изобретение относится к устройству для приготовления напитка или жидкого пищевого продукта из содержащегося в капсуле пищевого вещества путем пропускания воды через вещество, содержащему средство подачи воды в капсулу, удерживающее средство, предназначенные для установки капсулы в устройстве вдоль оси вращения, а также привод вращения капсулы.
Удерживающее средство предназначено для установки в него капсулы с возможностью ее извлечения. При этом капсула при работе устройства занимает соответствующее положение относительно средства подачи воды и привода. Удерживающее средство содержит приводимый во вращение держатель капсулы с полостью. Держатель капсулы может приводиться во вращение со скоростью более 7500 об/мин и соединен с двигателем, например, посредством вала. Удерживающее средство содержит также впрыскивающую крышку, закрывающую инжекционную поверхность капсулы. При закрывании капсулы крышка и капсула могут образовывать накопительную камеру. Привод содержит двигатель и вал, соединенный с возможностью приведения во вращение держателя капсулы и/или крышки. Держатель капсулы и крышка установлены на подшипниках. Предпочтительно накопительная камера содержит поверхности, которые радиально окружают капсулу, и может быть связана с трубкой для направления потока приготовленной жидкости к приемной емкости (например, чашке).
Устройство может содержать обходной канал для добавления некоторого количества воды в накопитель без прохождения этой части воды через капсулу. Дополнительная часть воды обеспечивает приготовление больших объемов напитков, состоящих частично из приготовленной жидкости и частично из воды. Для приготовления больших порций кофе, например американо, становится возможным избежать избыточной экстракции молотого кофе и снизить горечь, поскольку весь объем кофейного напитка через капсулу не проходит. В результате получается большая порция кофейного напитка с улучшенным вкусом.
Согласно другому объекту изобретения устройство содержит блок управления для изменения скорости вращения привода капсулы и обеспечения тем самым различных величин центробежного давления в капсуле. В результате при приготовлении напитка давление в капсуле может быть изменено в соответствии с типом этого напитка. Предпочтительно блок управления программируется так, чтобы имелись по меньшей мере две различные скорости вращения. В одном примере первая скорость вращения может составлять от 500 до 15000 об/мин, а вторая скорость - от 5000 до 20000 об/мин. Малые величины скорости могут устанавливаться блоком управления при приготовлении кофе с небольшой или отсутствующей пеной, например кофе американо. Более высокие величины скорости могут устанавливаться блоком управления для приготовления кофе с более значительным количеством пены, например кофе эспрессо или лунго. Пена (например, кофейная пенка) получается при сдвиговом воздействии на жидкость на ее пути в капсуле, а также при высокоэнергетических соударениях приготовленной жидкости с поверхностями накопителя, приводящих вследствие этого к созданию эмульсии с захваченным газом. Таким образом, кинетическая энергия жидкости, сталкивающейся с поверхностью, имеет решающее значение для улучшения пены. При обычных способах приготовления эспрессо, создающих «водяной поршень», этого явления не происходит, поскольку в этих случаях жидкость, выходящая из капсулы, не имеет достаточной скорости.
Далее будут описаны дополнительные особенности изобретения со ссылками на чертежи.
На фиг.1 показана система согласно изобретению;
на фиг.2 - узел приготовления напитка в системе согласно изобретению в открытом состоянии с установленной в него капсулой;
на фиг.3 - то же, в закрытом состоянии;
на фиг.4 - система согласно первому варианту осуществления изобретения, вид в разрезе;
на фиг.5 - другой вариант выполнения устройства согласно изобретению, вид с пространственным разделением деталей;
на фиг.6 - закупоренная капсула, которая может использоваться в устройстве, показанном на фиг.4 или 5;
на фиг.7 - капсула после ее использования;
на фиг.8 - система согласно второму варианту осуществления изобретения, вид в разрезе;
на фиг.9 - часть системы, изображенной на фиг.8, вид в увеличенном масштабе;
на фиг.10 - чашеобразный корпус капсулы в системе, показанной на фиг.8 и 9, вид в разрезе;
на фиг.11 - обжатие кромки чашеобразного корпуса;
на фиг.12 - часть чашеобразного корпуса, изображенного на фиг.10, а именно место соединения, вид в разрезе;
на фиг.13 - часть, изображенная на фиг.12, вид сверху;
на фиг.14 - крышка капсулы в системе, показанной на фиг.8 и 9, вид в разрезе,
на фиг.15 - отгибаемое закупоривающее средство крышки, изображенное на фиг.14;
на фиг.16 - чашеобразный корпус капсулы согласно другому варианту осуществления изобретения, вид в разрезе;
на фиг.17 - часть корпуса, изображенного на фиг.16, вид в разрезе в увеличенном масштабе;
на фиг.18 - крышка капсулы, предназначенная для соединения с корпусом капсулы, изображенным на фиг.16 и 17, вид в разрезе;
на фиг.19 - часть крышки, изображенной на фиг.18, в увеличенном масштабе;
на фиг.20 - закупоренная капсула и операция удаления закупоривающего средства капсулы;
на фиг.21 - система согласно другому варианту осуществления изобретения;
на фиг.22 - система согласно еще одному варианту осуществления изобретения;
на фиг.23 - капсула согласно одному варианту осуществления изобретения;
на фиг.24 - держатель капсулы согласно одному варианту осуществления изобретения;
на фиг.25 - узел приготовления напитка в открытом состоянии с установленной в него капсулой в системе согласно еще одному варианту осуществления изобретения.
Как показано на фиг.1, система 1 согласно изобретению содержит устройство 2 и капсулу 3. Устройство имеет узел 4 для приготовления напитка, в который может быть вставлена капсула, используемая для приготовления напитка и извлекаемая после использования для утилизации (например, в отходы или для повторного использования). Узел 4 сообщен по жидкости с емкостью 5 для воды, содержащей свежую или подогретую воду. В водяном контуре для перемещения воды из резервуара в узел может быть расположено средство транспортировки жидкости, например насос 6 низкого давления. Кроме того, для подогрева воды до желательной температуры имеется водонагреватель 7. Следует отметить, что вода может нагреваться в самом резервуаре и транспортироваться из него путем испарения. Вода может подаваться в узел 4 при низком или по существу отсутствующем избыточном давлении. Например, на впускном отверстии 8 узла 4 давление может превышать атмосферное давление на величину от 0 до 2 бар.
Узел 4 приготовления напитка может содержать удерживающие средства 40 и 41 для удержания капсулы в заданном положении. Капсула может удерживаться в немного наклонном положении для обеспечения выхода потока приготовленной жидкости по направлению к выпускному каналу 9 для приготовленной жидкости. Угол наклона относительно вертикали может составлять, например, от 2° до 65°. Удерживающие средства могут содержать держатель 410 капсулы и впрыскивающую крышку 400. Держатель 410 и крышка 400 установлены с возможностью вращения вокруг оси I. Полость держателя капсулы имеет форму помещаемой в нее капсулы. Крышка выполнена с возможностью съемной установки вплотную к держателю капсулы. В узле может быть выполнен канал 42 для жидкости, обеспечивающий выход жидкости из капсулы и ее накопление для выпуска через неподвижный выпускной канал 9.
Для приведения в совместное вращение крышки 400 и держателя 410 капсулы и, как следствие, капсулы имеется привод 10. Привод содержит электродвигатель 11, вал которого соединен с держателем 41 капсулы, приводя его во вращение. Так как к держателю 41 капсулы присоединена крышка 40, то эта крышка также приводится во вращение с той же скоростью, что и держатель капсулы.
Температура поверхностей накопительного устройства может регулироваться так, чтобы поддерживалась надлежащая температура выходящей из капсулы приготовленной жидкости, и она не остывала перед попаданием в чашку. Для поддержания держателя капсулы при регулируемой повышенной температуре узел 40 крышки и/или узел 41 держателя капсулы могут быть соединены с нагревательными элементами 46, такими как проволочный или толстопленочный нагреватель, и т.п.
На фиг.2 и 3 подробно показан принцип центрифугирования капсулы. Устройство содержит узел 41 держателя капсулы с держателем 410, имеющим полость 44 в форме усеченного конуса, в которую вставляется капсула 3. Держатель установлен вдоль оси вращения I на подшипнике 43. Узел 40 инжекционной крышки содержит внутреннюю крышку 400, которая установлена с возможностью поворота вокруг оси I на неподвижной опорной части 401 узла 40 крышки, когда устройство закрыто (фиг.3).
Узел крышки и узел держателя капсулы соединены вдоль поперечной оси А, относительно которой происходит перемещение между открытым положением, показанным на фиг.2, и закрытым положением, показанным на фиг.3.
На внутренней поверхности инжекционной крышки 40 расположено прокалывающее средство 450 для прокалывания инжекционной стороны 30 капсулы. Имеется средство впрыска воды или протыкающая трубка 50, которая пересекает инжекционную сторону 30 и содержит впрыскивающий канал для переноса воды из водяного контура в капсулу. Средство 50 впрыска воды предпочтительно расположено в центре капсулы. Таким образом, вода может впрыскиваться в капсулу в месте, расположенном между крышкой 30 капсулы и ее дном 31. Выпускное отверстие средства впрыска воды расположено ближе к дну 31, чем к крышке, чтобы вода могла сначала смочить вещество, находящееся в области дна капсулы. Кроме того, крышка содержит прокалывающие элементы 51, предназначенные для прокалывания выпускных отверстий и расположенные на внутренней части крышки в ее периферийной части. Предпочтительно ряды прокалывающих элементов 51 расположены равномерно по периметру крышки. Капсула также содержит наклонную боковую стенку 32, которая расширяется от дна 31 к верхней части 30 в направлении периферийных отверстий или выпускных каналов, прокалываемых прокалывающими элементами 51. Крышка снабжена накопительным узлом 52, имеющим внутреннюю камеру 53, окружающую периферийные отверстия капсулы, и патрубок 530, образующий трубку, направляющую напиток или жидкий продукт питания к получателю или в чашку. Следует отметить, что нет необходимости в герметичном соединении верхней и нижней частей 40 и 41 устройства. Так как вода проталкивается под действием силы тяжести, вода течет радиально и равномерно к боковой стенке 32 капсулы, пересекая вещество по направлению к периферии капсулы и поднимаясь вверх к периферийному отверстию в боковой стенке 32.
Таким образом, приготовленная жидкость воздействует на внешнюю поверхность накопительного узла 52, в котором накапливается, и выталкивается под действием силы тяжести в накопительный патрубок 530. Преимущество данной системы состоит в наличии небольшого избыточного осевого давления и, вследствие этого, в снижении необходимости в значительных механических усилиях для закупоривания. Технология является относительно простой, поскольку для обеспечения необходимого для осуществления процесса приготовления напитка механического момента достаточен слаботочный двигатель. Кроме того, могут использоваться нагревательные устройства нескольких типов, такие как термос или газовый нагреватель.
На фиг.4 показана более сложная система согласно изобретению. Система содержит держатель 41 капсулы, который соединен с центральным вращающимся стержнем 45, установленным на нижнем подшипнике 43, который закреплен на опоре 46. Нижний конец стержня 45 соединен с электродвигателем 11. С противоположной стороны крышка 40 соединена с верхним подшипником 47, через который проходит полый вращающийся стержень 48 для впуска в капсулу воды через канал 49, проходящий через вращающийся стержень 48. Вращающийся стержень 48 установлен на верхней раме 60 системы. На крышке 40 также расположен ряд игл 51 для получения небольших отверстий на периферии верхней стороны капсулы. Количество игл может составлять от 5 до 50, предпочтительно от 10 до 30. Чем больше игл, тем более однородным может быть распределение жидкости. Когда иглы 51 входят в контакт с капсулой, крышка приводится во вращение самой капсулой, приводимой во вращение ротором 45.
Скорость вращения может быть от 5000 до 20000 об/мин. С этой целью в устройстве имеется блок управления С (фиг.1) для регулирования частоты вращения в зависимости от приготавливаемого напитка. Чем выше частота вращения, тем большее центробежное давление воздействует на капсулу посредством жидкости и в тем большей степени уплотняется вещество, расположенное на боковой стенке капсулы. Кроме того, чем выше скорость, тем меньше время пребывания жидкости в капсуле.
Например, для чая частота вращения может быть минимальной, чтобы обеспечить медленное прохождение воды через массу чайных листьев для настаивания чая.
Для молотого кофе скорость должна быть высокой, то есть выше 5000 об/мин, предпочтительно в диапазоне около 8000-16000 об/мин для обеспечения оптимальных условий экстрагирования в отношении содержания в чашке сухих веществ кофе и качества пенки. Обнаружено, что получаемая пенка оказалась намного более кремообразной, чем получаемая при использовании стандартных эспрессо-способов приготовления кофе.
Таким образом, блок управления может быть запрограммирован на оптимальные условия центрифугирования в зависимости от приготавливаемого типа напитка. Например, блок управления может быть подсоединен к системе распознавания капсул, позволяющей определять тип капсулы, то есть капсулы для кофе эспрессо, лунго, капучино, латте, чая и т.д., и регулировать скорость и/или другие параметры приготовления напитка (например, температуру воды) в соответствии с той капсулой, которая вставлена в устройство.
Приготовленная жидкость собирается в накопительной камере 52 опоры 46 и вытекает через накопительную трубку 9.
На фиг.5 показан другой вариант осуществления изобретения, в котором инжекционная крышка 40 соединена с держателем 41 капсулы с помощью байонетного соединения 55 или любого другого эквивалентного соединения. В этом варианте осуществления изобретения необходим только один нижний подшипник (не показан). Держатель 41 капсулы и крышка 40 соединены друг с другом и могут поворачиваться вокруг нижней оси 45 вращения. Держатель капсулы имеет полость 550 для капсулы. Инжекционной крышка присоединяется к держателю капсулы с помощью байонетного соединения 55, затягиваемого по спирали. Например, байонетное соединение может представлять собой ряд радиальных выступов на крышке, которые вставляются в ряд захватов, имеющихся на краю держателя капсулы. Затягивание может быть выполнено захватным участком 61, расположенным на верхней стороне крышки. Однако узел должен давать возможность жидкости проходить между крышкой и держателем, поэтому уплотнение соединения между крышкой и держателем нежелательно. Также для управления выходящим потоком приготовленной жидкости на поверхности контакта между крышкой и держателем может быть образован заранее заданный зазор в виде щелей или канавок.
Кроме того, вокруг камеры 40, 41 для приготовления напитка расположен накопительный узел 46 в форме чаши, размер которой больше, чем размер держателя капсулы. Накопительный узел 46 предназначен для сбора приготовленной жидкости и опирается на основание 62 устройства, к которому присоединен двигатель 11. На стороне чаши, которая немного наклонена вниз, имеется канал 9 для направления жидкости в приемную емкость (например, чашку для напитка).
На фиг.6 и 7 показана капсула, предназначенная для устройства согласно различным вариантам осуществления изобретения, показанным на фиг.2-5. Капсула 7, показанная на фиг.6, содержит чашеобразный корпус 70 с направленной кверху боковой стенкой 76 и нижней стенкой 77. Боковая стенка образует конусообразный участок, способствующий накоплению внутри капсулы приготовленной жидкости. Корпус заканчивается выступающей наружу верхней кромкой 72, на которой расположена закупоривающая крышка 71. Крышка может быть гибкой прокалываемой мембраной из алюминия и/или пластмассы толщиной несколько микрон. Крышка может быть приварена к верхним кромкам 72 корпуса. Следует отметить, что мембрана и корпус предпочтительно содержат газонепроницаемые слои, например, из алюминия и/или EVOH (сополимер этилена и винилового спирта).
Капсула содержит вещество, которое может быть молотым кофе, растворимым кофе, чаем, забеливателем, представляющим собой молочный или немолочный ингредиент (ингредиенты), травяным чаем, питательным веществом, кулинарными ингредиентами и их смесями.
На фиг.7 показана капсула после завершения приготовления напитка в устройстве. В крышке проколото центральное впускное отверстие 73 для прохождения средства 50 впрыска воды. В крышке также проколоты сообщающиеся с внутренней полостью выпускные отверстия 74, обеспечивающие выход приготовленной жидкости из капсулы.
На фиг.8 и 9 показан другой вариант осуществления изобретения, в котором капсула 8 имеет свои собственные средства обеспечения притока и истечения воды. Конкретнее, капсула содержит изготовленный из пластмассы корпус 80 в форме чаши, на котором закреплена пластмассовая крышка 81. Крышка может быть плотно закреплена на корпусе по его кромке закупоривающим средством 82, более подробно показанным на фиг.9, 14 и 15. Закупоривающее средство действует как клапан. Конкретнее, кромка корпуса имеет кольцевую канавку 83, образованную из двух малых, проходящих по окружности, параллельных друг другу участков поднимающейся вверх стенки. Для этого крышка имеет периферийный участок, на котором образован выступ 84, вставляемый в канавку 83. На конце выступ 84 может иметь более толстый участок 85 скругленной формы, предназначенный для создания в корпусе давления запирания по поверхности канавки 83, которое должно быть преодолено для обеспечения возможности прохода жидкости через выемку или кольцевую канавку 83. Уплотнительный выступ 84 выполнен так, что под действием жидкости он может открывать радиальный проход в канавке для приготовленной жидкости, когда на нее действуют центробежные силы.
По краю крышки расположен второй закупоривающий выступ 86, прилегающий к внешней кромке 87 корпуса. Этот второй выступ 86 предназначен для запирания крышки на корпусе капсулы. Для этого выступ 86 содержит увеличенную часть 860, которая давит на наружную поверхность 87 кромки корпуса.
Второй выступ 86 выполняет функцию зажима при присоединении крышки к корпусу, и в конечном счете он также образует второй барьер, который необходимо преодолеть приготовленной жидкости, чтобы выйти. Этот извилистый путь, образованный рядом выступов 84, 86 и канавкой 83, создает высокие сдвиговые усилия в приготовленной жидкости. Второй выступ может также иметь радиальные разрезы, способствующие протеканию приготовленной жидкости (не показаны). В случае кофе это может приводить к образованию более плотных и более устойчивых пенок. Следует отметить, что в капсуле более простой конструкции этот выступ может отсутствовать.
В центре крышки капсулы расположен элемент для распределения потока воды, образованный выступающим из крышки трубчатым участком 88. Этот трубчатый участок 88 имеет впускное отверстие 89 для воды, которое сообщено с каналом 49 инжекционной крышки 40 системы. Трубчатый участок 88 оканчивается средством 880 распределения потока, образованным несколькими щелями, направленными наружу из полости капсулы. Несколько щелей размещены на свободном конце трубчатого участка 88. Торец опоры трубчатого участка может упираться в нижнюю поверхность корпуса для разграничения щелей и направления воды в различных радиальных направлениях. Количество щелей может быть от 2 до 10. Поступающая сверху вода проходит по трубке 88 и выходит из нее по щелям в радиальном направлении, обозначенном на фиг.9 стрелкой В. Таким образом, предпочтительно вода впрыскивается вблизи дна капсулы, вследствие чего обеспечивается надлежащее смачивание вещества, например кофейного порошка, в направлении от дна до верха (то есть между крышкой и корпусом), откуда приготовленная жидкость покидает капсулу.
Как показано на фиг.8-15, капсула 8 может также содержать средство 840 для захвата ее дна, обеспечивающее приведение капсулы во вращение с помощью устройства. Для этих целей средство 840 содержит небольшой трубчатый участок, выступающий из дна капсулы, в который может вставляться ответный трубчатый участок 450 привода устройства.
Привод содержит ведущий вал 45, соединенный с опорой 451, удерживающей дно капсулы. Разумеется, средство захвата может иметь другую форму. На фиг.12 и 13 показана конструкция средства 840 захвата с центральной выемкой 841 и четырьмя дугообразными выемками 842, 843, 844, 845, отходящими от центральной выемки 841. Это средство захвата образует замок, соответствующий ответному средству 450 зацепления держателя 451 капсулы. Дополняющие друг друга формы капсулы и держателя капсулы обеспечивают как функцию передачи для приведения капсулы во вращение с высокой скоростью, так и функцию безопасности, гарантирующую применение для приготовления напитков только подходящих для данной системы капсул.
Как показано на фиг.8 и 9, устройство содержит, как и в предыдущих вариантах, верхний и нижний подшипники 43 и 47, обеспечивающие совместное вращение капсулы 3, впрыскивающей крышки и опоры 451 капсулы. Вокруг капсулы расположен накопительный узел 52 с чашей 520, образованной боковой и нижней стенками 521 и верхней закупоривающей крышкой 522. Крышка также служит для вмещения верхнего подшипника 43, а нижняя чаша 520 имеет центральную выемку для вмещения нижнего подшипника 47. Чаша 520 и крышка 522 могут быть герметично собраны для исключения неуправляемых выбросов приготовленной жидкости. Для этого может иметься соединительное средство 523 с непроницаемым для жидкостей уплотнительным элементом, таким как уплотнительное кольцо 524, которое может также обеспечивать плотную посадку между этими двумя частями. Также может быть предусмотрена выпускная трубка (не показана) для вывода напитка из накопительного узла.
Как показано на фиг.8, привод устройства содержит расположенный снизу электродвигатель 11, соединенный с ведущим валом или приводной соединительной муфтой 45, которая, в свою очередь, присоединена к держателю 451 капсулы. Следует отметить, что держатель капсулы может быть простой пластинчатой опорой или диском 451, или же опорой, выполненной в форме чаши, если стенки капсулы являются недостаточно жесткими.
Работа системы описана со ссылкой на фиг.8 и 9.
Берут описанную выше капсулу 3, содержащую дозу вещества. Капсула может быть заполнена жареным и молотым кофе. После снятия крышки капсула вставляется в чашу 520 и устанавливается на держателе 451 со средством 450 зацепления, соответствующим участку 840 в виде выемки на нижней части капсулы. Посредством сближения и соединения крышки 522 с чашей 520 инжекционная крышка 40 соединяется или связывается с крышкой 81 капсулы, имеющей канал 89 для воды, сообщенный с трубкой 88 впрыска воды. Когда устройство находится в показанном на фиг.8 закрытом положении, вода может впрыскиваться под небольшим давлением или просто заливаться в канал через трубчатый участок 88. Предпочтительно некоторое количество воды заливается для смачивания находящегося в капсуле вещества до того, как капсула приводится во вращение приводом устройства. Затем блок управления запускает двигатель, и капсула приводится во вращение с высокой скоростью для осуществления операции приготовления напитка с использованием центробежных сил. Под действием центробежных сил порошковое вещество стремится уплотниться в радиальном направлении, а вода при этом стремится к прохождению через вещество. Это приводит к тому, что вещество одновременно уплотняется и хорошо смачивается водой. Благодаря высокой скорости вращения центробежные силы равномерно воздействуют на массу вещества, следовательно, распределение воды также оказывается более равномерным по сравнению с использованием нагнетательных насосов для приложения давления к слою вещества. В результате уменьшается риск возникновения преимущественных путей протекания воды через вещество, которые могут приводить к образованию не смоченных должным образом областей, т.е. не подвергающихся надлежащей экстракционной обработке. При использовании порошка молотого кофе жидкость, которая достигает внутренней боковой стенки капсулы, оказывается жидким экстрактом кофе. Затем этот жидкий экстракт вынужден перетекать по боковой поверхности капсулы вверх к закупоривающему средству 82. Таким образом, закупоривающее средство 82 подвергается воздействию открывающей силы со стороны жидкости под действием центробежных сил. Это приводит к тому, что выступ стремится отогнуться наружу, создавая проход между поверхностью 85 и внутренней поверхностью канавки. Аналогичным образом второй выступ также вынужден отгибаться или, как вариант, может допускать некоторую утечку, например, по заранее выполненным прорезям для обеспечения вытекания жидкости из капсулы." Таким образом, жидкость сможет протечь по небольшой периферической канавке 83 и выйти из капсулы. Приготовленная жидкость может быть собрана в накопителе 52 и выведена из устройства к получателю.
На фиг.16-19 показан другой вариант выполнения капсулы согласно изобретению. Корпус 80 этой капсулы имеет форму чаши, содержащей на своей наружной поверхности такое же средство 840 захвата, предназначенное для обеспечения возможности приведения капсулы во вращение в устройстве. Капсула также содержит крышку 81, показанную на фиг.18 и 19. В отличие от капсулы по предыдущему варианту крышка 80 и корпус 81 соединены неразъемным образом, например ультразвуковой сваркой. Приготовленная жидкость под действием центробежных сил может проходить через ряд разрезов 810, выполненных на выступающей вверх кромке 880 корпуса. Размеры разрезов позволяют задерживать твердые частицы, такие как частицы молотого кофе, но обеспечивают выход жидкости из капсулы. Крышка соединена с кромкой 880, входящей в радиальную канавку 840 крышки 81 (фиг.19). На фиг.17 также показаны небольшие зубцы 830, выполняющие функцию энергонаправляющих элементов, которые могут плавиться во время ультразвуковой сварки. В этом случае капсула не содержит отгибающегося уплотняющего выступа, а просто имеет прорези 810, обеспечивающие прохождение приготовленной жидкости через капсулу. Указанная капсула может использоваться в устройстве, показанном на фиг.8 и 9.
На фиг.20 показана закупоренная капсула согласно изобретению. Капсула образована, как и в предыдущих вариантах, чашеобразным корпусом 80, на котором установлена крышка 81. Впускное отверстие 89 для воды закрыто закупоривающей мембраной 890. Радиальная выпускная область, расположенная между крышкой и корпусом, также закрыта закупоривающей мембраной 891. Следует отметить, что одна и та же закупоривающая мембрана может закрывать и впускное отверстие 89 для воды, и выпускную область для приготовленной жидкости. Закупоривающая мембрана 891 может быть элементом с контролем вскрытия, таким как липкая мембрана в виде ленты, запечатывающей линию между крышкой и корпусом. Лента может рассекаться в машине режущим инструментом 910, например лезвием или эквивалентным средством. Когда капсула приводится во вращение (как показано стрелкой С), режущий инструмент входит в контакт с лентой, которая таким образом автоматически рассекается. Капсула больше не остается герметичной, и жидкость может выходить через радиальную кромку капсулы, как пояснялось ранее. Следует отметить, что закупоривающая мембрана может также изготавливаться из отслаивающегося липкого материала, чтобы сам пользователь мог ее снять.
Как показано на фиг.21, впрыск воды в системе также может осуществляться всасыванием за счет эффекта от действия вращения. Для этого капсула располагается в удерживающих средствах 40, 41. Впрыскивающая трубка 8 соединяет емкость для воды с внутренней частью капсулы. Устройство ориентируется таким образом, чтобы резервуар находился ниже капсулы, и вода перемещалась под действием разрежения, образующегося в середине капсулы. Впрыскивающая трубка также вводится в капсулу вплотную к области, предпочтительно расположенной вблизи более узкой стороны или дна так, чтобы вода могла смачивать всю массу вещества, например порошка молотого кофе.
Следует отметить, что капсула установлена так, что ее боковая стенка расширяется книзу. На фиг.22 показана подобная система, но с обратной ориентацией капсулы - ее боковая стенка расширяется вверх.
В этих двух вариантах осуществления изобретения, показанных на фиг.21 и 22, вода предпочтительно впрыскивается вблизи более узкой стороны капсулы, то есть напротив широкой стороны, чтобы жидкость протекала через вещество по направлению к более широкой стороне капсулы и затем выходила из капсулы.
На фиг.23 показана другая капсула согласно изобретению. Капсула содержит средство присоединения к внешнему приводу, в частности, имеет зубчатую структуру 75 на по меньшей мере одной из ее внешних поверхностей. Капсула имеет корпус 70, содержащий верхнюю кромку 72, которая может закрываться верхней мембраной 71. Зубчатая структура содержит ряд зубцов, которые расположены ниже кромки или обода 72 корпуса капсулы. Зубцы расположены по всей окружности корпуса капсулы. Корпус капсулы может быть изготовлен из пластмассы и/или алюминия или его сплава. Например, он может быть получен литьем под давлением пластмассы или глубокой вытяжкой алюминия. Форма зубцов, например, может быть близкой к треугольной, овальной, прямоугольной или пирамидальной. Следует отметить, что зубцы могут быть заменены другими эквивалентными структурами, такими как ряды элементов с выпуклостями и/или углублениями. Например, могут быть выполнены прорези, штифты или небольшие штырьки.
Само устройство, которое вмещает показанную на фиг.23 капсулу, содержит зубчатую поверхность ответной формы. На фиг.24 показан держатель 44 капсулы, выполненный с возможностью вмещения капсулы, изображенной на фиг.23. Держатель капсулы имеет полость с впадинами 440 в форме зубцов. Расположение впадин в форме зубцов соответствует зубцам 750 на наружной поверхности капсулы.
Следует отметить, что показанная на фиг.23 конструкция для присоединения или зацепления может заменять соответствующую конструкцию в капсуле, изображенной на фиг.8 и 9, и наоборот.
На фиг.25 показан другой вариант выполнения системы для приготовления напитков согласно изобретению. Различие заключается в том, что в дополнение к основному каналу 50 подвода воды имеется обходной канал 500 для подвода воды, предназначенный для увеличения объема воды в накопительном узле 52. Некоторый объем воды может прибавляться до завершения операции приготовления напитка в капсуле, во время этой операции или после нее. Обходной канал заканчивается на верхней поверхности вращающейся крышки 400. Верхняя поверхность крышки 400 может содержать средство распределения воды, например радиальные канавки или выемки, которые обеспечивают приток воды к поверхности накопительного узла. Блок управления может управлять подачей добавляемого объема воды так, чтобы этот объем прибавлялся в то же самое время, когда под действием центробежных сил поступает экстракт кофе, так чтобы пена, которая образуется на поверхности напитка, не разрушалась.
Система и способ согласно изобретению обеспечивают получение замечательных результатов при приготовлении напитков с величинами содержания сухого вещества, превышающими получаемые с помощью обычных способов и устройств. Результаты показывают очень высокую воспроизводимость от капсулы к капсуле. Как ни удивительно, пенка также оказалась заметно улучшенной, обладая более кремообразной, более устойчивой и более плотной структурой.
Разумеется, изобретение может охватывать множество вариантов, которые являются включенными в объем формулы изобретения.