СИСТЕМА КАПСУЛ СО СРЕДСТВОМ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА
CAPSULE SYSTEM WITH FLOW RATE CONTROL MEANS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе для приготовления напитка из вещества для напитка, содержащегося в капсуле, за счет прохождения жидкости через вещество с использованием центробежных сил.
В частности, настоящее изобретение относится к системе и устройству со средством регулирования расхода, позволяющим регулировать расход и/или обратное давление во время приготовления напитка с помощью этого устройства.
Уровень техники
Существуют системы для приготовления напитков, например кофе, за счет принудительного прохождения жидкости через ингредиенты, содержащиеся в капсуле, с использованием центробежных усилий.
Например, в документе WO 2008/148604 описана капсула для приготовления напитка или жидкой пищи из вещества в центробежном варочном узле, содержащем оболочку, которая содержит заданную порцию вещества; средство открывания, которое открывается под действием центробежного эффекта и обеспечивает впуск сваренной жидкости из капсулы. Капсула также может содержать средства контакта капсулы с внешним поворотным приводным средством центробежного варочного устройства, при этом средства контакта выполнены таким образом, что они оказывают сопротивление моменту во время вращения капсулы для удерживания капсулы в исходном положении вращения.
Влияние центробежных сил на варку кофе или других пищевых продуктов имеет множество преимуществ по сравнению с обычными способами варки с использованием нагнетательных насосов. Например, в способах варки традиционных кофейных напитков эспрессо или лунго с использованием нагнетательного насоса очень трудно управлять всеми параметрами, которые влияют на качество экстракции получаемого экстракта кофе. К этим параметрам обычно относятся давление, расход, который уменьшается как функция давления, сжатие кофейного порошка, что также влияет на характеристики расхода и что зависит от размера молотых частиц, температура, распределение течения воды и т.п. В частности, сложно варьировать давление экстракции и расход, поскольку это, по существу, определяется статическим давлением, обеспечиваемым насосом, сопротивлением слоя кофе и системой фильтрации ниже по потоку.
При центробежной экстракции вращающаяся капсула используется в качестве центробежного насоса. Частота вращения определяет расход центрифугированной жидкости, выходящей из капсулы. Качество приготавливаемого напитка зависит от управления, в частности от расхода. В частности, на расход влияют два параметра - частота вращения капсулы в устройстве и обратное давление, действующее на центрифугированную жидкость перед ее выпуском из капсулы. При заданном обратном давлении более высокая частота вращения соответствует большему расходу. И, наоборот, при заданной частоте вращения более высокое обратное давление соответствует меньшему расходу. В то время как частота вращения капсулы обычно управляется средством управления, избирательно приводящим в действие поворотный двигатель центробежного устройства для приготовления напитков, заданное обратное давление предпочтительно обеспечивается ограничителем расхода центрифугированной жидкости на выпуске капсулы или центробежной камеры, в которой расположена капсула.
Например, в документе ЕР 0651963 указывается, что градиент давления обеспечивается упругим элементом из резины, установленным на границе между крышкой и колпаком центробежной камеры. Такой элемент упруго деформируется, оставляя проход для фильтрации жидкости при достижении некоторого давления на указанной границе. Кофейные зерна удерживаются в камере, в то время как центрифугированная жидкость проходит через фильтрующий проход. Кроме того, в документах FR 2487661 и WO 2006/112691 описываются центробежные системы, в которых ограничитель с постоянным расходом предусматривается за фильтром для создания градиента давления.
Кроме того, в документе WO 2008/148646 предлагается решение, в котором ограничитель расхода предусмотрен внутри или снаружи центробежной камеры. Ограничитель расхода может содержать регулирующий подпружиненный клапан, создающий эффективное обратное давление. Подпружиненный клапан открывается под действием достаточного давления жидкости, воздействующего на клапан. Более высокой частоте вращения соответствует больший канал в клапане и больший расход. Клапан может быть предварительно нагружен упругим элементом, например, резиновым или пружинным элементом.
Таким образом, существует необходимость в получении напитков {например, кофе), имеющих различные характеристики насыщенности, вкуса, аромата, пены/пенки, в простой и гибкой системе.
В существующих системах без регулирования обратного давления проблема состоит в том, что расход может быть увеличен только за счет увеличения частоты вращения во время центрифугирования. Следовательно, это создает ограничения в отношении варьирования расхода напитка, тем самым также ограничивая возможность получения напитков с различными характеристиками. Кроме того, слишком высокие частоты вращения могут создавать такие проблемы как шум, нестабильность процесса, вибрация и преждевременный износ механических компонентов устройства.
Таким образом, существует необходимость предложить новую систему, в которой параметры варки и, в частности, обратное давление и/или расход во время приготовления напитков будут лучше и более независимо регулироваться с целью повышения качества приготавливаемой жидкой пищи.
Настоящее изобретение предлагает решение вышеуказанных проблем, а также предлагает дополнительные выгоды в отношении существующего уровня техники.
Раскрытие изобретения
Первым объектом изобретения является система капсул для приготовления напитков центрифугированием капсулы в центрифугирующем варочном устройстве, содержащая:
- центрифугирующее варочное устройство, содержащее средство управления, способное управлять устройством во время центрифугирования за счет регулирования расхода напитка и/или объема напитка, и
- капсулу, вставляемую в варочное устройство,
при этом капсула образует отдельно или совместно с центрифугирующим варочным устройством ограничитель расхода или ограничительный клапан расхода, который обеспечивает обратное давление для центрифугированной жидкости,
при этом средство управления устройством избирательно регулирует частоту вращения во время центрифугирования вставленной капсулы и/или объем жидкости, нагнетаемой в капсулу, как функцию обратного давления, прикладываемого ограничителем или ограничительным клапаном.
Термин «обратное давление клапанного средства» относится к потере давления, создаваемой ограничителем или ограничительным клапаном. Поскольку ограничитель или ограничительный клапан образует «эффект горлышка бутылки», давление жидкости создается по потоку перед ним посредством эффекта центрифугирования. Благодаря ограничителю давление перед ограничителем увеличивается, и это давление оказывает влияние на процесс взаимодействия (например, на экстракцию) жидкости и ингредиентов. Это давление ограничительного клапана также может быть определено как отношение усилия («обратного усилия»), которое, в частности, подпружиненная поверхность устройства для приготовления напитков прикладывает к капсуле, поделенного на площадь контактной поверхности ограничительного клапана.
В предпочтительном варианте капсула содержит участок ободка, который предназначен для взаимодействия с закрывающим элементом варочного устройства с целью образования ограничительного клапана расхода, который создает обратное давление на ободке капсулы.
Центробежные усилия, создаваемые вращением жидкости, сталкивающейся с ограничительным клапаном, нагнетают давление жидкости перед клапаном. После того как это давление достигает порогового значения, клапан начинает открываться, т.е. ободок капсулы будет немного смещаться от поверхности взаимодействия устройства для приготовления напитков.
Регулирование частоты вращения во время центрифугирования может представлять собой выбор, по меньшей мере, из двух, предпочтительно, из трех различных значений или диапазонов частоты вращения капсулы, обеспечивающей выпуск центрифугированной жидкости из капсулы с помощью клапанного средства.
Частота вращения может регулироваться во время выпуска центрифугированной жидкости с целью ее согласования со справочным значением расхода жидкости, нагнетаемой в капсулу.
В возможном варианте частота вращения может регулироваться во время выпуска центрифугированной жидкости с целью ее согласования со справочным значением расхода жидкости, нагнетаемой в капсулу. Давление нагнетаемой жидкости может измеряться в удобном месте в линии подачи жидкости между насосом и капсулой.
Заданные значения частоты вращения капсулы могут быть дополнительно изменены пользователем в заданном диапазоне.
Заданные значения частоты вращения капсулы могут быть отрегулированы, предпочтительно автоматически, с помощью физических отличительных характеристик капсулы.
В частности, геометрия ободка капсулы может изменять значение прикладываемого обратного давления ограничительного клапана расхода.
В частности, толщина ободка может различаться, по меньшей мере, для двух различных капсул, предпочтительно, по меньшей мере, для трех различных капсул, что обеспечивает калибровку по давлению, по меньшей мере, двух различных обратных давлений клапанного средства. В частности, калибровка выполняется за счет контакта ободка капсулы с подпружиненным клапанным участком устройства для приготовления напитков.
Толщина ободка может увеличиваться или уменьшаться как функция объема хранения и/или веса вещества напитка, помещенного в капсулу, и/или типа приготавливаемого напитка.
Значение толщины ободка капсулы может варьироваться в диапазоне 0,2-5 мм в зависимости от типа капсулы.
Кроме того, ободок капсулы может быть образован как одно целое с корпусом капсулы в направлении, по существу, перпендикулярном оси вращения капсулы.
Другим объектом изобретения является центрифугирующее варочное устройство для приготовления напитков центрифугированием капсулы, содержащее поворотный держатель капсулы варочного устройства для удерживания капсулы, поворотное приводное средство для приведения капсулы во вращение во время центрифугирования, средства нагнетания для нагнетания жидкости в капсулу, при этом средства нагнетания соединены с насосом; устройство также содержит средства управления, соединенные, по меньшей мере, с поворотным приводным средством и насосом, которые предназначены для изменения расхода напитка и/или объема напитка; устройство также содержит воспринимающее средство, имеющее отношение к обратному давлению, которое соединено со средством управления и предназначено для прямого или косвенного обнаружения обратного давления ограничителя расхода или ограничительного клапана расхода, предусмотренного в капсуле или образованного за счет взаимодействия капсулы с центрифугирующим варочным устройством.
Средства управления могут быть выполнены с возможностью регулирования частоты вращения приводного средства в зависимости от воспринимаемого обратного давления.
Средства управления могут быть предназначены для варьирования объема жидкости, нагнетаемой в капсулу, в зависимости от воспринимаемого обратного давления.
Средства управления могут регулировать начальную частоту вращения при экстракции. Частота вращения может варьироваться во время экстракции, в частности для обеспечения регулирования справочного значения расхода во время экстракции.
Ограничительный клапан расхода может содержать контактный участок и подпружиненное средство, обеспечивающее воздействие контактного участка на участок ободка капсулы.
В первом возможном варианте воспринимающее средство, обнаруживающее обратное давление, может содержать, по меньшей мере, один датчик давления, выполненный с возможностью измерения обратного давления, прикладываемого контактным участком к ободку капсулы.
Во втором возможном варианте средство обнаружения обратного давления может содержать, по меньшей мере, один дистанционный датчик для обнаружения изменения расстояния сжатия в клапанном средстве, косвенно отображающий обратное давление.
Центрифугирующее варочное устройство также может содержать средство измерения расхода для определения расхода жидкости, подаваемой в капсулу, и регулирования расхода за счет изменения частоты вращения с целью ее согласования со справочным значением расхода.
Капсулы системы по настоящему изобретению также могут содержать дополнительные средства идентификации капсулы, связанные с различными капсулами комплекта, для регулирования, по меньшей мере, одного параметра варки, выбранного из перечня, содержащего следующие параметры: температура жидкости, расход насоса, частота вращения, объем жидкости, давление воды, время предварительного смачивания и их комбинации. Такое дополнительное средство идентификации капсулы может быть штрихкодом, RFID, средством распознавания цвета, ферромагнитным элементом, механическими зубцами и их комбинацией.
Устройство по изобретению содержит считыватель для считывания информации с дополнительного средства идентификации капсулы. Считыватель соединен с узлом управления устройства для регулирования других средств устройства в ответ на обнаружение капсулы. Считыватель адаптирован для считывания кода, выбранного из перечня, в который входят штрихкод, RFID, средство распознавания цвета, ферромагнитный элемент, механические зубцы и их комбинации.
2
2
2
2
2
2
Предпочтительно, обратное давление (т.е. давление выше атмосферного давления), создаваемое ограничителем или клапанным средством, может составлять от 5 Н/см (0,5 бар) до 180 Н/см (18 бар), более предпочтительно, от 15 Н/см (1,5 бар) до 134 Н/см (13,4 бар), наиболее предпочтительно, от 27 Н/см (12,7 бар) до 87 Н/см (8,7 бар), в зависимости от типа капсулы.
2
2
Ограничение, создаваемое клапаном в открытой конфигурации или с помощью отверстия (отверстий), предпочтительно регулируется конструкцией капсулы и/или устройства и должно составлять 0,5-4,0 мм, более предпочтительно 0,75-3,0 мм, наиболее предпочтительно 1,0-2,5 мм, например, приблизительно 1,7 мм.
Частота вращения предпочтительно регулируется в диапазоне 2000-16500 об/мин, наиболее предпочтительно 4000-10000 об/мин. По меньшей мере, для двух капсул комплекта, предпочтительно, по меньшей мере, для трех капсул комплекта, по меньшей мере, одна частота вращения отличается во время центрифугирования жидкости в капсуле в регулируемом диапазоне.
Расход предпочтительно регулируется в диапазоне 0,1 - 10 мл/с, более предпочтительно, 0,5-3,5 мл/с. Опять-таки, по меньшей мере, для двух капсул комплекта, предпочтительно, по меньшей мере, для трех капсул комплекта, по меньшей мере, один расход отличается во время центрифугирования жидкости в капсуле.
В другом варианте изобретения комплект капсул содержит клапанное средство как одно целое. Другими словами, клапанное средство не образуется соединением клапанного участка капсулы и клапанного участка капсулы, а образуется участками самой капсулы. Пример капсулы, имеющей ограничительный клапан такого типа, описан в документе WO 2008/148604, который включен сюда посредством ссылки. В упомянутой публикации ограничительный клапан упоминается как открывающееся средство, которое открывается под действием центрифугирования и обеспечивает выпуск сваренной жидкости из капсулы. Открывающееся или клапанное средство может содержать упругий клапан. Например, открывающееся средство содержит, по меньшей мере, один радиальный отклоняющий выступ, объединенный со стенкой капсулы. Например, крышка капсулы соединена с корпусом, и отклоняемый выступ является частью крышки. Выступ имеет точные размеры для обеспечения заданного давления открывания. В контексте настоящего изобретения открывающееся или клапанное средство создает давление закрывания клапана для центрифугированной жидкости, которое варьируется, по меньшей мере, для двух капсул, предпочтительно, по меньшей мере, для трех капсул комплекта, и/или открывается для образования ограниченного участка в открытой конфигурации клапана, которая различается, по меньшей мере, для двух капсул комплекта, предпочтительно, по меньшей мере, для трех капсул комплекта. В результате потеря давления, создаваемая клапанным средством, отличается, по меньшей мере, для двух капсул и предпочтительно, по меньшей мере, для трех капсул комплекта.
Также следует отметить, что контактирующие участки клапана могут находиться на самой капсуле, а подпружиненное средство может находиться на устройстве для обеспечения закрывания участков капсулы. Клапан все же будет являться частью капсулы, но усилие закрывания клапана, устанавливающее обратное давление, будет обеспечиваться устройством.
В другом варианте капсулы имеют отверстия ограничения расхода (т.е. заменяют ограничительный клапан, упомянутый выше), общая площадь поверхности которых увеличивается в комплекте капсул как функция увеличения количества порошка и/или размера капсулы комплекта. Следовательно, большей капсуле соответствует большая площадь протекания центрифугированной жидкости в капсуле и соответственно меньшее обратное давление, создаваемое ограничительными отверстиями. Кроме того, частота вращения также устанавливается в устройстве для увеличения, когда количество кофейного порошка в капсуле уменьшается и/или уменьшается размер капсул. Воспринимающее средство может быть адаптировано для обнаружения обратного давления перед вышеуказанным ограничителем.
В предпочтительном варианте выполнения капсулы по настоящей системе изобретения содержат кофейный порошок различных сортов для приготовления кофейных напитков, имеющих различные характеристики (крепость, аромат, вкус, пенка и т.д.) и различные объемы, например 25, 40, 110, 250, 400 мл (например, ристретто, эспрессо, лунго, доппио, американо, черный кофе длительного приготовления и т.д.), предпочтительно с изменяемыми характеристиками пенки (объем и/или текстура).
Термин «различные сорта» вещества напитка или кофе означает любое различие, касающееся веса в капсуле, величины помола, плотности упаковывания, уровней обжаривания, места происхождения, смесей, характеристики ингредиентов (кофе, чай, какао, добавки и т.д.) и их комбинаций.
Краткое описание чертежей
Другие отличительные характеристики и задачи настоящего изобретения станут понятными специалисту в этой области техники после изучения приведенного ниже подробного описания вариантов выполнения настоящего изобретения со ссылкой на приложенные чертежи.
На фиг.1а - 1с показаны виды в разрезе по различным вариантам выполнения капсулы, имеющей различные размеры по изобретению и изменяемую высоту ободка;
на фиг.2а и 2b - виды в разрезе по другим вариантам выполнения капсул системы, имеющих участки ободка различной конфигурации;
на фиг.3 - схематичный вид центробежного устройства, в которое вставляется капсула по изобретению, при этом обратное давление прикладывается подпружиненным средством;
на фиг.4 - вид в разрезе центробежного устройства, в которое вставляется капсула по изобретению, при этом обратное давление прикладывается магнитными средствами;
на фиг.5 - графическое представление расходов кофе, получаемых с помощью двух различных капсул, обеспечивающих различное обратное давление как функцию частоты вращения капсулы в центрифугирующем устройстве.
Осуществление изобретения
На фиг.1a, 1b и 1с показан предпочтительный вариант выполнения комплекта капсул 1А, 1В, 1С по изобретению. Капсулы предпочтительно содержат корпус 2, ободок 3 и верхнюю стенку или перфорируемую мембрану 4. Мембрана 4 и корпус 2 огораживают полость или отделение 6 для ингредиентов. Как показано на фигурах, мембрана 4 предпочтительно присоединена к внутреннему кольцевому участку R ободка 3, который предпочтительно составляет 1-5 мм. Мембрана 4 присоединена к ободку 3 корпуса с помощью сварки, например, с помощью тепловой или ультразвуковой сварки.
Ободок необязательно должен быть горизонтальным, как показано на фигурах. Он может быть слегка изогнут для увеличения сопротивления шва увеличивающемуся давлению, со временем воздействующего на мембрану в результате того, что со временем удаляются газы из ингредиента в капсуле.
Ободок 3 капсул предпочтительно продолжается наружу в направлении, по существу, перпендикулярном (как показано) или слегка наклонном (изогнутом, как указано выше) относительно оси Z вращения капсулы (см. фиг.3). Таким образом, ось Z вращения является осью вращения во время центрифугирования капсулы в варочном устройстве.
Следует понимать, что показанный вариант выполнения является только примерным вариантом выполнения и что капсула 1, в частности, корпус 2 капсулы по изобретению может иметь различные другие варианты выполнения.
Капсулы 1А, 1В, 1С предпочтительно являются капсулами одноразового использования. Однако следует отметить, что за один раз из капсул можно получать несколько порций напитка, например, объем экстракта кофе, достаточный для наполнения двух чашек одновременно.
Корпус 2 соответствующей капсулы имеет выпуклый участок 5а, 5b, 5 с различной глубины, соответственно, dl, d2, d3. Участок 5а, 5b, 5 с также может быть непрерывно усеченным или частично цилиндрическим участком.
Капсулы 1А, 1В, 1С предпочтительно имеют различные объемы, но одинаковый диаметр D вставления. Капсула на фиг.1а является капсулой 1А малого объема, в то время как капсула на фиг.1b и 1 с являются капсулами 1 В и, соответственно, 1С большого объема. Диаметр D вставления определяется на линии пересечения нижней поверхности ободка 3 и верхнего участка корпуса 2. Однако в устройстве может использоваться другой справочный диаметр капсулы.
Корпус 2 капсул предпочтительно является жестким или полужестким. Он может быть образован из пищевого пластика, например, из полипропилена с газовым барьерным слоем, например, из EVOH и т.п., или из алюминиевого сплава или слоистого материала из пластика и алюминиевого сплава. Мембрана 4 может быть изготовлена из тонкого материала, например, из пластиковой пленки, также включающей в себя барьерный слой, или из алюминиевого сплава или комбинации пластика и алюминиевого сплава. Мембрана 4 обычно имеет толщину 10-250 микрон. Мембрана перфорируется для создания впуска воды, что будет описано ниже. Мембрана также содержит перфорируемый периферийный участок.
Вместо мембраны 4 капсулы 1А, 1В, 1С также могут содержать жесткую или полужесткую крышку, которая предпочтительно имеет форму диска из пластика, содержащего центральный участок, имеющий впускное отверстие для обеспечения введения элемента нагнетания воды, и/или периферийный участок, имеющий расположенные по окружности выпускные отверстия.
Различный объем малой и больших капсул обеспечивается в частности, варьированием глубины (d1, d2, d3) корпуса 2 капсул в комплекте. В частности, глубина корпуса малой капсулы 1А меньше глубины корпуса больших капсул 1В, 1С.
Разумеется, другим вариантом (не показан) получения различных объемов является варьирование формы дна капсулы или других размеров капсулы, например, диаметр.
Капсула 1А малого диаметра содержит некоторое количество ингредиента для экстракции, например, молотого кофе, меньшее чем количество для капсул 1В, 1С большого объема. Таким образом, малая капсула 1А предназначена для быстрого приготовления порции кофе объемом 10-60 мл с количеством молотого кофе 4-8 г. Капсулы 1В большего размера предназначены для приготовления порции кофе среднего объема, например, 60-120 мл, а капсулы наибольшего размера предназначены для приготовления порции кофе большого объема, например, 120-500 мл. Кроме того, капсула 1В кофе среднего объема может содержать молотый кофе в количестве 6-15 г, а капсула 1С кофе большого объема может содержать молотый кофе в количестве 8-30 г.
Кроме того, капсулы в комплекте по изобретению могут содержать различные смеси жареного и молотого кофе или кофе из различных мест происхождения и/или имеющих различные характеристики обжаривания и/или помола.
Как показано на фиг.1а - 1с, ободок 3 может иметь, например, L-образное сечение с кольцевым наружным выступом 8, образованным в направлении, перпендикулярном плоскости, в которой расположена мембрана 4. Таким образом, толщина h1, h2, h3 ободка 3 предпочтительно адаптирована к количеству и характеристикам вещества напитка, содержащегося в показанных капсулах 1А, 1В, 1С, с целью регулирования обратного давления, действующего на капсулу, закрываемую специальным закрывающим элементом 15 устройства для приготовления напитка.
В частности, для капсул, содержащих малое количество вещества напитка, например капсулы 1А, для приготовления, например, кофейного напитка ристретто или эспрессо, может быть желательна медленная экстракция с целью приготовления очень крепкого кофе (т.е. с большим количеством твердых частиц по отношению к общему количеству частиц, перерабатываемых в экстракт кофе) с высокой пенкой. Эти характеристики можно сравнить с более быстрой экстракцией, которая может потребоваться для приготовления напитка из капсул 1В или 1С, содержащих большее количество молотого кофе. Таким образом, для заданной частоты вращения во время экстракции напитка обратное давление в капсуле 1А малого объема, содержащей малое количество вещества, должно быть выше обратного давления в большой капсуле 1В или 1С, содержащей большее количество вещества. Соответственно, показанная толщина h1 клапанного участка 8 ободка для капсулы 1А выбирается таким образом, чтобы она была больше показанной толщины h2 и h3 для капсул 1В и 1С соответственно. Таким образом, толщина h соответствующих капсул 1А, 1 В, 1С увеличивается в зависимости от объема капсул и/или количества вещества напитка, содержащегося в соответствующих капсулах.
Например, для капсул малого размера, показанных на фиг.1а, толщина h1 предпочтительно составляет 1-2,5 мм. Для капсул большого размера, показанных на фигурах 1b и 1с, толщина h2 и h3 соответственно предпочтительно составляет 0,8-1,8 мм и 0,5-1,5 мм соответственно. Разумеется, такие значения могут значительно отличаться в зависимости от конфигурации клапанных средств, например, на стороне устройства.
Однако, как будет описано ниже со ссылкой на фиг.4, следует отметить, что толщина также может уменьшаться как функция объема вещества напитка, содержащегося в капсуле, в зависимости от средства прикладывания усилия, оказывающего воздействие с заданным усилием на ободок 3 и выступ 8 соответственно капсулы 1, когда капсула закрывается в устройстве для приготовления напитков (см. фиг.3 и 4).
Кроме того, следует отметить, что средства для создания усилий, предусмотренные в устройстве, могут быть нерегулируемыми, чтобы не изменять усилие, прикладываемое к закрывающему элементу, оказывающему обратное давление на ободок капсулы, после того как капсула будет вставлена в устройство. Соответственно, согласование прикладываемого обратного давления предпочтительно выполняется исключительно посредством изменения геометрии ободка капсулы.
Как показано на фиг.1а - 1с, ширина b выступа 8 в радиальном направлении ограничивает клапанную часть ободка. Эта ширина предпочтительно является одинаковой для различных вариантов выполнения капсул 1А, 1В, 1С комплекта.
Следует понимать, что толщина (h1, h2, h3) ободка 3 и соответственно кольцевого выступа 8 конкретной капсулы может адаптироваться не только в отношении объема, но также и в отношении основных характеристик вещества напитка (например, количества, плотности, состава и т.д.), содержащегося в капсуле, так чтобы обратное давление, возникающее после контакта ободка 3 капсулы с участком клапана специального устройства, регулировалось до требуемого значения.
На фиг.2а и 2b показаны другие предпочтительные варианты выполнения капсул по настоящему изобретению. Показанные варианты выполнения капсул 1D и 1Е предпочтительно имеют такой же диаметр D, как и капсулы 1А, 1В, 1С.
Как показано на фиг.2а, капсула 1D имеет форму усеченного конуса, содержащего корпус 2, имеющий предпочтительно постоянную толщину t стенки. Ободок 3 капсулы образован как одно целое с корпусом 2. Как показано на фигуре, ободок 3 капсулы предпочтительно имеет, по существу, прямоугольное сечение толщиной h и шириной b. Толщина h и/или ширина b предпочтительно адаптированы к типу капсулы. Толщина h может отличаться от предпочтительно постоянной толщины t стенки капсулы.
В показанном варианте выполнения мембрана 4 приваривается к кольцевому участку R на верхней поверхности ободка 3 капсулы. Однако мембрана 4 также может привариваться ко всей верхней поверхности ободка 3 так, чтобы участок R был равен ширине b.
На фиг.2b показана другая капсула 1Е из комплекта капсул по настоящему изобретению. В этом варианте выполнения ободок 3 имеет центральный, по существу, рельефный выступ, выступающий над плоскостью верхней стенки 4 на ободке.
В контексте изобретения толщина h (или h1, h2, h3 и т.д.) измеряется от нижней поверхности ободка 3 до высшей точки ободка, т.е. когда расширение предусматривается от высшей точки расширения ободка 3.
Толщина является эффективным расстоянием, которое адаптируется для регулирования обратного давления во время процесса экстракции напитка посредством размещения капсулы в устройстве, что будет описано ниже.
Как показано со ссылкой фиг.1а - 1с и 2а и 2b, участок 3 ободка капсулы может принимать различные геометрические формы с целью воздействия, по меньшей мере, на один параметр варки и его адаптации во время процесса экстракции напитка.
На фиг.3 показано устройство в разрезе по изобретению в закрытом состоянии. Устройство содержит поворотный держатель 10 капсулы, приводное средство 27 и сборник 11, на который воздействует центрифугированная жидкость, выпускаемая через выпуск 12 напитка. Приводное средство 27 может быть поворотным двигателем, который связан с держателем 10 капсулы с нижней стороны (как показано) или с верхней стороны (не показано).
Кроме того, устройство содержит средство 18 нагнетания воды, имеющее нагнетательный элемент 13, предназначенный для прокалывания мембраны 4 капсулы 1 в ее центральной части. Нагнетательное средство 18 предпочтительно также содержит группу выпускных перфорирующих элементов 24, описанных в документе WO 2008/148604. Соответственно, выпуски расположены в кольцевом участке мембраны 4, что позволяет экстрагированному напитку покидать капсулу 1 во время ее вращательного движения. Средство 18 нагнетания воды соединено с линией 22 подачи жидкости, содержащей источник 21 жидкости, насос 20 и нагревательное средство 19, обеспечивающего подачу заданного объема нагретой воды под давлением в капсулу 1 во время процесса экстракции напитка.
Устройство также содержит клапанный участок 15, который расположен по окружности вокруг узла 18 нагнетания воды и который имеет нижнюю кольцевую нажимную поверхность 15а.
Клапанный участок 15 и узел 18 нагнетания предпочтительно перемещаются относительно держателя 10 капсулы для обеспечения вставления капсулы 1 в держатель 10 капсулы и выталкивания капсулы из держателя соответственно перед процессом экстракции напитка и после него.
Кроме того, средство 18 нагнетания воды, клапанный участок 15 и держатель 10 капсулы вращаются вокруг оси Z.
Клапанный участок 15 также может перемещаться независимо от узла 18 нагнетания, принимая в расчет различные возможные толщины капсул, без воздействия на относительное положение участка нагнетания при контакте с капсулой. Для этого участок 15 может перемещаться со скольжением относительно узла 18 нагнетания.
2
В открытой конфигурации клапана между поверхностью 15а и клапанным участком 8 ободка предусмотрен ограничитель с относительно небольшим расходом, что позволяет создавать течение центрифугированной жидкости в виде узкой струи жидкости, выпускаемой на поверхность 11 воздействия устройства. Этот ограничитель образует кольцевое отверстие с площадью поверхности предпочтительно 1,0-10,0 мм. Площадь поверхности ограничителя расхода может варьироваться в зависимости от заданного значения обратного давления в клапане, устанавливаемого посредством капсулы и частоты вращения капсулы, при этом большей частоте вращения соответствует большая по значению площадь поверхности.
Держатель 10 капсулы имеет внутреннюю кольцевую поверхность 10b, которая образует справочный диаметр, по существу, равный диаметру D капсулы 1 с целью обеспечения плотной пригонки капсулы в держателе 10 капсулы без возможного радиального зазора.
Держатель 10 капсулы предпочтительно является полым или достаточно глубоким в центральной части, чтобы в нем можно было разместить все капсулы комплекта.
Соответственно, единственный держатель является достаточным для размещения всех капсул 1А, 1В, 1С, 1D, 1Е комплекта. Показанный сборник 11 заканчивается выпуском 12 напитка, например, выполненным, по меньшей мере, как один открытый канал, направленный к одной или нескольким чашкам для сбора приготовленного напитка.
Следует отметить, что держатель капсулы может принимать различные формы, а также может быть образован из простого полого кольца.
Капсула 1 также жестко опирается ободком 3 на верхний фланец 10а держателя 10 капсулы без корпуса 2, по существу, деформирующегося в радиальном направлении. В этой конфигурации узел 18 нагнетания воды и клапанный участок 15 контактируют с мембраной 4 и ободком соответственно. Система образует клапан 23 посредством контакта клапанного участка 15 устройства и клапанного участка 8 капсулы.
Клапан 23 предназначен для закрывания под действием усилия упругой нагрузки закрывания, создаваемой системой 16, 17 создания нагрузки, содержащей предпочтительно подпружиненный элемент 16. Подпружиненный элемент 16 прикладывает заданную упругую нагрузку к закрывающему элементу 15. Нагрузка первоначально распределяется по нажимной поверхности 15а клапанного участка 15, действуя при закрывании на кольцевую поверхность клапанного участка ободка 3. Такая поверхность также может быть простой кольцевой линией контакта. Клапан нормально перекрывает траекторию движения центрифугированной жидкости до тех пор, пока достаточное давление действует на верхний участок клапана посредством центрифугированной жидкости, выходящей через отверстия, образуемые перфорирующими элементами 24. Следует отметить, что клапан устройства может быть отдельным упругим элементом из резины, который сочетает в себе функцию подпружинивания и нажимной поверхности 15а. Следует отметить, что может потребоваться небольшая утечка жидкости через клапан 23, которая способствует выпуску газа или воздуха, содержащегося в капсуле во время наполнения капсулы жидкостью (не показано). Эта утечка может быть получена с помощью небольших радиальных канавок или отверстий, предусмотренных в любом из участков клапана (участке 15 устройства и/или ободка капсулы). Утечка также может быть получена с помощью небольших выпуклостей на мембране 4 для создания утечки. Небольшие выпуклости могут быть расположены на поверхности клапанного участка 15. Жидкость протекает между мембраной 4 и клапанным участком 15 и вынуждает клапан 23 открываться за счет перемещения всего закрывающего элемента 15 вверх против действия усилия подпружиненного элемента 16. Центрифугированная жидкость может пересекать ограничитель, образуемый между поверхностью 15а участка 15 и верхней поверхностью или линией ободка 3 или выступающим участком 18. Жидкость выталкивается с высокой скоростью у сборника 11, как показано стрелкой А на фиг.3, или у другой вертикальной кольцевой стенки устройства, расположенной между сборником и клапаном 23 (не показано).
Экстракция напитка из капсулы 1 обеспечивается за счет приведения в действие узла 18 нагнетания, клапанного участка 15 и держателя 10 капсулы совместно с капсулой во вращение (Y) вокруг оси Z при частоте вращения экстракции 500-16500 об/мин. Вращение обеспечивается двигателем 27, соединенным, по меньшей мере, с держателем 10 капсулы или узлом 18 нагнетания. Во время использования капсулы 1, помещенной в систему по изобретению, капсула 1 вращается вокруг оси Z. Жидкость, которая нагнетается по центру в капсулу 1, проявляет тенденцию к следованию по внутренней поверхности боковой стенки корпуса 2 до внутренней стороны мембраны 4 и затем через перфорированные выпускные фильтрующие отверстия, создаваемые в мембране 4 перфорирующими элементами 24. Благодаря центрифугированию жидкости в капсуле 1 жидкость и ингредиенты или вещество, помещенные в капсулу, вынуждены взаимодействовать для образования жидкости, пригодной для употребления в пищу (например, жидкого экстракта).
Следует понимать, что усилие, действующее на ободок 3 капсулы 1 с помощью нажимной поверхности 15а, может быть отрегулировано за счет геометрии ободка 3, например толщины h ободка 3. В частности, обратное давление, действующее на ободок 3, может быть отрегулировано за счет адаптации толщины h ободка 3 к заданным значениям. Большее обратное давление может быть получено за счет большей толщины h, поскольку это ведет к большему сжатию подпружиненного элемента 16, который прикладывает большее усилие к нажимной поверхности 15а. Соответственно, меньшее значение толщины h ведет к меньшему сжатию подпружиненного элемента 16 и, тем самым, к относительно меньшему усилию, действующему на нажимную поверхность 15а, и меньшему обратному давлению. Таким образом, толщина h предпочтительно должна увеличиваться для получения большего конечного обратного давления.
Соответственно, в простом варианте за счет конкретного регулирования обратного давления согласно описанию конечный расход устанавливается, например, в зависимости от типа капсул (например, 1А, 1В или 1С), вставляемых в устройство.
Настоящее изобретение предлагает решение, согласно которому нагрузка от пружины на закрывающий элемент 15, который закрывает капсулу 1 в устройстве, не должна подвергаться внешнему воздействию для каждой процедуры приготовления напитка, с помощью которой должен приготавливаться напиток, имеющей отличительные характеристики. Вместо этого нагрузка от пружины предпочтительно поддерживается на постоянном заданном уровне с целью обеспечения точного регулирования обратного давления путем изменения геометрии ободка 3 капсулы. В результате обеспечивается более удобное и надежное регулирование обратного давления на капсулу 1 во время варки напитка в системе по настоящему изобретению.
В более сложном варианте изобретения капсула 1 также может включать в себя средство идентификации для управления параметрами варки и/или взаимодействия с устройством для приготовления напитков.
Средства идентификации предпочтительно обеспечивают информацию в отношении типа капсулы, вставленной в устройство для приготовления напитков. Соответственно параметрам варки объем и/или частота вращения, при которой приготавливается напиток, могут автоматически регулироваться с помощью устройства в зависимости от информации в отношении капсулы. Пользователю могут быть предоставлены дополнительные средства по специальному заказу для модификации пользователем некоторых параметров экстракции в заданных диапазонах.
В предпочтительных вариантах выполнения участок клапана ободка 3 капсулы 1 может образовывать средство идентификации, которое обеспечивает отличительную информацию в отношении устройства как функцию его геометрии, например конкретную толщину. Устройство предпочтительно содержит воспринимающие средства 26, предназначенные для взаимодействия со средством идентификации капсулы.
Как показано на фиг.3, воспринимающие средства 26 устройства могут быть датчиком давления, соединенным со средством 16, 17 создания нагрузки устройства. Воспринимающие средства 26 предпочтительно соединены со средством 25 управления устройства для обеспечения информации, относящейся к текущему обратному давлению, действующему на ободок 3 вставленной капсулы, т.е. значению давления или усилия. Средства 25 управления предпочтительно соединены, по меньшей мере, с приводным средством 27, насосом 20 и нагревательным средством 19. Параметры варки, например частота вращения двигателя 27, температура, давление и/или объем жидкости, подаваемой в капсулу во время процесса приготовления напитка, может регулироваться в зависимости от информации, полученной с помощью воспринимающего средства 26. В частности, толщина h ободка 3 может варьировать конечное обратное давление клапана 23 с целью адаптации параметров варки конкретного приготавливаемого напитка. Кроме того, в зависимости от информации, воспринимаемой датчиками 26 давления, частота вращения регулируется до требуемого значения, которое соответствует требуемому расходу. В результате различные частоты вращения или диапазоны частот вращения могут выбираться в зависимости от информации, которая воспринимается воспринимающими средствами 26. Выбор частоты вращения обеспечивается в узле 25 управления, который управляет, в свою очередь, поворотным двигателем 27 и, при необходимости, расходом насоса 20 для обеспечения достаточной подачи жидкости в капсулу в зависимости от выбранной частоты вращения
В другом режиме (не показано) средства, воспринимающие давление, могут быть заменены одним или несколькими дистанционными датчиками. Например, толщина h ободка может восприниматься непосредственно или косвенно. Например, изменение длины средства 16, 17 создания нагрузки (например, длины пружины) может восприниматься дистанционным датчиком и передаваться в качестве информации на узел 25 управления для регулирования параметров варки, например частоты вращения и/или объема нагнетаемой жидкости.
2
Принцип управления расходом по изобретению показан на фиг.5. На графике показано изменение расхода напитка, например расхода кофе (в мл/с), как функция частоты вращения двигателя (в об/мин) для двух различных капсул (т.е. обратных усилий). Здесь обратное усилие является усилием, прикладываемым кольцевой нажимной поверхностью 15а за счет прижатия подпружиненного элемента 16 устройства к контактной поверхности ободка капсулы на участке 8, считая, что нажимная поверхность, контактирующая с контактной поверхностью участка 8, составляет примерно 186 мм. Нижняя кривая представляет собой настройку обратного усилия капсулы, равного 240 ньютонам (или обратного давления, равного 1,29 МПа или 12,9 бар). Верхняя кривая относится к другой капсуле с меньшей толщиной участка 8, при этом, соответственно, обратное усилие настроено на меньшее значение и составляет только 150 Н (или обратное давление составляет 0,819 МПа или 8,19 бар). Понятно, что расход может настраиваться в большом диапазоне, например, 0,5-3,5 мл/с для обеих капсул, при этом будет поддерживаться относительно узкий диапазон частоты вращения, т.е. 9000-12000 об/мин. В случае, если будет использоваться только отдельная капсула, обеспечивающая отдельное усилие 150 Н, такой же диапазон расхода будет использоваться при намного большем диапазоне частоты вращения, т.е. от 9000 об/мин до более чем 16500 об/мин. Изобретение предлагает больше возможностей для адаптации характеристик напитков с использованием намного большего диапазона расхода. В частности, преимуществом может быть уменьшение используемой частоты вращения при одновременном поддержании возможности подачи напитка с использованием большего диапазона расхода.
На фиг.4 показан другой предпочтительный вариант выполнения устройства по настоящему изобретению, при этом на фиг.4 показан вид в разрезе клапана 23, образуемого участком 3 ободка, закрываемым держателем 10 капсулы, и клапанным участком 15 устройства. Обратное давление обеспечивается с помощью средств 16 создания нагрузки, которые в этом варианте выполнения содержат магниты М, расположенные в клапанном участке 15 и держателе 10 капсулы соответственно. Магниты М могут быть расположены по окружности вокруг оси Z устройства (см. фиг.3) для распределения равномерного усилия между закрывающим элементом 15 и держателем 10 капсулы, закрывающим ободок 3 капсулы.
По сравнению с показанным вариантом выполнения по фиг.3 следует отметить, что конечное обратное давление уменьшается при увеличении толщины h ободка 3, поскольку силы притяжения между двумя противолежащими магнитами М уменьшаются, если расстояние между магнитами увеличивается. Это следует учитывать при выборе высоты h ободка. В таком варианте выполнения высота h уменьшается для получения более высокого конечного обратного давления, действующего между закрывающим элементом 15 и держателем 10 капсулы и ободком 3 соответственно капсулы 1.
В другом возможном варианте изобретения (не показано) клапан, образуемый за счет взаимодействия капсул и устройства, может быть заменен клапаном, являющимся только частью капсулы. В этом случае клапан с учетом геометрии предназначен, по меньшей мере, для двух типов капсул, предпочтительно, для каждого типа капсул комплекта, с целью получения различных обратных давлений центрифугированной жидкости.
2
2
2
2
2
В другом возможном варианте изобретения (не показано) обратное давление создается посредством ограничителя с постоянным расходом, например, по меньшей мере, с одним, но предпочтительно с несколькими радиально расположенными выпускными отверстиями, проходящими через капсулу, общая площадь которых варьируется как функция типа капсулы комплекта. Ограничительные отверстия создают обратное давление, которое является функцией количества выпускных отверстий и отдельного сечения каждого отверстия. Например, отверстия могут быть предусмотрены вдоль кольцевой траектории в верхней стенке капсулы или кольцевой траектории в боковой стенке капсулы. Общая площадь поверхности ограничителя расхода может составлять 0,5-5,0 мм, более предпочтительно 0,75-3,0 мм, наиболее предпочтительно, 1,0-2,5 мм, например приблизительно 1,7 мм. Количество выпускных отверстий для создания ограничителя расхода на периферии капсулы может находиться в диапазоне от 1 до 300, боле предпочтительно, от 3 до 150. Например, первая капсула имеет ограничение расхода, образованное из 10 отверстий, каждое площадью 0,2 мм, а вторая капсула имеет ограничение расхода, образованное из 15 отверстий, каждое площадью 0,2 мм. В другом режиме первая капсула имеет ограничение расхода, образованное из 10 отверстий, каждое площадью 0,2 мм, а вторая капсула имеет ограничение расхода, образованное из 10 отверстий, каждое площадью 0,25 мм. Первые капсулы обеспечивают функцию расхода до давления, которое отличается от давления для вторых капсул. В частности, благодаря меньшей общей площади поверхности ограничения первые капсулы обеспечивают более высокое обратное давление центрифугированной жидкости, чем вторые капсулы. Частота вращения может управляться при конкретных значениях для обеспечения расхода для первых и вторых капсул, которые соответствует характеристикам приготавливаемого напитка. Разумеется, что в комплекте капсул могут быть предусмотрены другие типы капсул для обеспечения других характеристик обратного давления.
Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты выполнения, специалист в этой области может выполнить множество модификаций и изменений без отклонения от объема настоящего изобретения, который определен в приложенной формуле изобретения.