КАПСУЛА С ФИЛЬТРОМ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПИЩЕВОГО ПРОДУКТА И СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПИЩЕВОГО ПРОДУКТА
CAPSULE WITH FILTER FOR FOOD PRODUCT PREPARATION AND FOOD PRODUCT PREPARATION METHOD

Изобретение относится к капсуле с пищевыми ингредиентами для асептичного приготовления пищевого продукта путем смешивания ингредиентов с жидкостью. Капсула содержит фильтр для удаления из подаваемой в капсулу жидкости посторонних компонентов. Более конкретно, изобретение относится к капсуле, вставляемой в устройство подачи жидкости в капсулу, для приготовления пищевого продукта, например детского питания, продукта для подростков или продукта для взрослых, путем смешивания жидкости с пищевыми ингредиентами. Изобретение также относится к способу приготовления пищевого продукта путем использования подобной капсулы.
Пищевыми смесями могут быть, например, детское питание, а также жидкая пища для детей ясельного возраста, инвалидов, пожилых людей, лиц, страдающих пищевыми расстройствами, или спортсменов. Подобные смеси приготавливаются из находящихся в капсулах ингредиентов путем добавления жидкости, например воды. В жидкости могут содержаться нежелательные загрязнения, например микроорганизмы и/или твердые частицы (например, пыль, минеральные вещества, органический осадок и т.п.). Подобные нежелательные загрязнения необходимо удалять из жидкости перед ее смешиванием с ингредиентами для обеспечения асептичного и безопасного приготовления смеси.
Таким образом, существует потребность в капсуле, которая позволила бы приготавливать питательные смеси, например детское питание или другие пищевые смеси, удобным и безопасным способом.
В документе WO 2006/077259 раскрыт способ приготовления одной порции пищевой смеси, предусматривающий подачу жидкости, например воды, в картридж, содержащий одну порцию смеси в концентрированной форме. При этом вода обрабатывается перед подачей в картридж с целью удаления болезнетворных микробов, находящихся в воде. Обработка может осуществляться, например, путем предварительного подогрева, фильтрации или облучения воды ультрафиолетовым излучением.
Документ WO 2008/012314 относится к устройству, позволяющему осуществлять посредством фильтрации обработку воды, используемой для приготовления пищевых смесей с помощью капсулы, вставляемой в устройство раздачи.
Документ WO 2009/115475 относится к капсуле для приготовления жидкости с прокалываемой для выпуска стенкой.
В документах WO 2009/092629 и ЕР 2009156782 описана капсула со встроенным антибактериальным фильтром.
Предпочтительно антибактериальный фильтр представляет собой тонкую микропористую мембрану, требующую исключительных мер предосторожности при обращении с ней и при установке ее в капсулу в процессе изготовления. При обращении с самим фильтром также должны соблюдаться меры предосторожности для предотвращения его преждевременного загрязнения. Кроме этого, необходимо обеспечить правильную установку и соединение фильтра в капсуле для исключения возможных повреждений фильтра во время приготовления напитков. Манипуляции с фильтром можно упростить за счет промышленного производства, которое позволит обеспечить высокое качество и соблюдение строгих санитарных требований.
Кроме того, также существует потребность в оптимизации использования упаковочных (т.е. непищевых) материалов в капсуле, не ухудшая способность капсулы выдерживать создаваемое в ней повышенное давление жидкости, а также предпочтительно получить более экологичный продукт с меньшей себестоимостью.
Другое требование заключается в обеспечении выхода заранее определенного количества пищевой смеси, находящейся в капсуле, чтобы получать из каждой капсулы полную порцию, например, для младенца или ребенка. В капсуле не должно оставаться большого количества пищевой смеси, а наиболее предпочтительно жидкость и твердые вещества должны полностью выгружаться из капсулы. Однако фильтр капсулы может создавать слишком большое сопротивление для сжатого газа (например, сжатого воздуха), подаваемого в капсулу во время этапа ее разгрузки. В результате давление газа может оказаться недостаточным для того, чтобы полностью разгрузить капсулу, либо потребуется слишком высокое давление газа, что увеличит сложность и себестоимость системы.
Другое требование заключается в том, чтобы исключить во время разгрузки капсулы взаимодействие между вскрывающим устройством для продувки газом и загрязненной жидкостью, например пищевыми ингредиентами или жидкостью, в противном случае может потребоваться систематическая очистка, а следовательно, система использования самоочищающейся системы, что усложнит конструкцию устройства.
Другое требование заключается в предотвращении деформации фильтра в результате давления подаваемой в капсулу жидкости, в частности давления на расположенную спереди по потоку поверхность фильтра.
Одно или несколько из вышеупомянутых требований удовлетворяются в настоящем изобретении, охарактеризованном в прилагаемой формуле изобретения.
В частности, в капсуле для приготовления пищевого продукта в устройстве, приспособленном для подачи в капсулу жидкости, содержащей по меньшей мере один отсек с пищевыми ингредиентами для приготовления пищевого продукта путем перемешивания с подаваемой жидкостью и фильтр, предназначенный для удаления содержащихся в жидкости загрязнений, согласно настоящему изобретению фильтр выполнен в виде фильтрующего приспособления, состоящего из фильтрующей мембраны и выпускной стенки, на которую опирается фильтрующая мембрана, при этом в выпускной стенке выполнено по меньшей мере одно выпускное отверстие для жидкости, сообщающееся с указанным отсеком.
Предпочтительно выпускное отверстие для жидкости аксиально смещено относительно фильтрующей поверхности фильтрующей мембраны.
Предпочтительно фильтрующее приспособление аксиально смещено относительно отсека.
Предпочтительно капсула содержит корпус, ограничивающий отсек для ингредиентов, и посадочное место под фильтр, которое предпочтительно расположено сбоку отсека.
Предпочтительно фильтрующее приспособление является относительно жестким.
Предпочтительно фильтрующее приспособление содержит относительно жесткий кожух, внутри которого находится фильтрующая мембрана. Это позволяет упростить изготовление капсулы и сделать ее более асептичной, поскольку исключается ее соприкосновение с фильтрующей мембраной.
Предпочтительно кожух является стойким к давлению и манипулируемым.
В данном случае под термином «манипулируемый» понимается, что фильтрующее приспособление является узлом, который можно держать и производить с ним манипуляции, например, во время изготовления капсулы, не подвергая при этом фильтрующую мембрану внешнему воздействию и механическим ограничениям со стороны кожуха.
Предпочтительно фильтрующая мембрана является микропористой.
В частности, фильтрующее приспособление содержит впускную стенку, образующую вместе с выпускной стенкой внутреннюю камеру, в которую вставлена фильтрующая мембрана, которая дополнительно герметично по краю прикреплена к кожуху.
Подобная охватывающая конструкция обеспечивает надежную защиту фильтрующей мембраны как во время изготовления капсулы, так и во время приготовления жидкой пищевой смеси.
Кожух фильтрующего приспособления по меньшей мере частично воспринимает прижимное и уплотняющее усилие, создаваемые устройством подачи жидкости, которые воздействуют на капсулу, отбирая тем самым часть нагрузки с фильтрующей мембраны и предотвращая ее разрыв и повреждение.
Предпочтительно кожух фильтрующего приспособления состоит из двух сложенных вместе половинок. Фильтрующая мембрана может быть прижата и/или приварена по краю к кожуху, например, при соединении двух половинок. Половинки могут быть пластиковыми деталями, соединяемыми при помощи защелкивания и/или ультразвуковой сварки. Подобные элементы являются достаточно жесткими и устойчивы к изгибу под давлением впрыскиваемой в капсулу жидкости. Подобные элементы изготавливаются из пищевых полимеров, например полипропилена, полиамида, полиэтилена, полиамида/полипропилена, ПВХ, полистирола, полиэфирэфиркетона, полимолочной кислоты, материалов на основе крахмала или металла, такого как алюминий, а также их комбинаций.
Предпочтительно выпускная стенка имеет рельефную структуру, состоящую, например, из множества выступов или шипов, в пространстве между которыми может проходить отфильтрованная жидкость. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения микропористая мембрана может опираться своей нижней выпускной поверхностью на упомянутую рельефную структуру, выступающую вглубь внутреннего отсека кожуха фильтрующего приспособления и распределенную по поверхности микропористой мембраны. Подобная рельефная структура обеспечивает минимальное отклонение фильтрующей мембраны под действием давления жидкости, а также способствует сбору прошедшей сквозь мембрану жидкости у выпускного отверстия кожуха фильтрующего приспособления для подачи в отсек капсулы. Согласно другому варианту осуществления изобретения рельефная структура поддерживает расположенную сверху мембрану капсулы, предотвращая ее разламывание и перекрытие потока жидкости у выпускной стенки фильтрующего приспособления.
Во впускной стенке кожуха имеется по меньшей мере одно впускное отверстие для жидкости. В этом отверстии находится по меньшей мере одна устойчивая к перфорации перегородка, поперечно пересекающая ось впускного отверстия для предотвращения протыкания микропористой мембраны внешним перфорирующим устройством, не являющимся частью капсулы. Перегородка может быть поперечно расположенной частью, находящейся во впускном отверстии кожуха фильтрующего приспособления, и являться частью впускной стенки этого кожуха. Размер (например, ширина и толщина), а также форма перегородки могут быть различными.
Предпочтительно поперечное сечение фильтрующего приспособления меньше поперечного сечения отсека, содержащего ингредиенты. Наиболее предпочтительно поперечное сечение фильтрующего приспособления как минимум в два раза меньше поперечного сечения отсека. Одним из преимуществ этого является возможность уменьшения размера перегородки фильтра в его центральной части. Другое преимущество заключается в уменьшении количества упаковочного материала, используемого для изготовления фильтрующего приспособления, и в конечном счете повышении его экологичности, а также снижении себестоимости производства.
Капсула может также содержать корпус, например, в виде чашки, в которую помещаются ингредиенты (например, детское питание). Корпус капсулы ограничивает первый отсек и расположенное по потоку перед ним посадочное место под фильтр, в которое помещается фильтрующее приспособление. Посадочное место под фильтр позволяет легко вставлять фильтрующее приспособление во время сборки капсулы на производственной линии. Также может быть существенно уменьшено количество элементов капсулы. Корпус может изготавливаться из формованного пластика, например, при помощи литья под давлением или термоформования.
Посадочное место под фильтр может быть смещено от центра первого отсека в поперечном направлении. За счет смещения посадочного места под фильтр от центра фильтрующее приспособление может быть сдвинуто относительно отсека к боковой стенке капсулы, что позволяет более эффективно подключать его к устройству подачи жидкости, при этом оно становится менее подвержено деформации в результате давления жидкости.
Предпочтительно вдоль посадочного места под фильтр проходит фланцеобразный ободок, который является непрерывным продолжением фланцеобразного ободка, проходящего вокруг отсека.
В частности, фильтрующее приспособление имеет выпускное сопло, проходящее от смещенного посадочного места под фильтр в направлении первого отсека и над ним. Выпускное сопло включает в себя одно или по меньшей мере ограниченное число выпускных отверстий небольшого диаметра, создающих в отсеке сильную струю жидкости. Предпочтительно сопло включает в себя единственное выпускное отверстие диаметром 1,0 мм, наиболее предпочтительно от 0,2 до 0,7 мм. Выпускное отверстие может создавать струю жидкости со скоростью потока от 1 до 20 м/сек. Формируемая соплом струя создает в отсеке турбулентный поток, который эффективно растворяет и/или рассеивает все ингредиенты в жидкости.
В капсуле также имеется открываемое впускное отверстие для газа, которое не проходит через фильтрующую мембрану и обеспечивает сообщение внутреннего пространства первого отсека с пространством снаружи капсулы. Предпочтительно открываемое впускное отверстие для газа выполнено в фильтрующем приспособлении, например во впускной стенке, и сообщается с выпускным соплом. Впускное отверстие для газа позволяет подавать сжатый газ для удаления из капсулы жидкости, способствуя тем самым выводу из капсулы всего ее содержимого. Впускное отверстие для газа может открываться путем прокалывания или пробивания части капсулы. Поскольку впускное отверстие для газа сообщается с выходной стороной фильтрующего приспособления, т.е. с каналом, идущим к соплу, вскрывающий элемент устройства подачи жидкости, при помощи которого было проделано впускное отверстие для газа, соприкасается только с отфильтрованной жидкостью.
В частности, общая верхняя мембрана герметично прикреплена к отсеку и фильтрующему приспособлению. Мембрана герметично прикреплена таким образом, что она по отдельности закрывает впускное отверстие для жидкости и впускное отверстие для газа. За счет этого впускное отверстие для жидкости может быть проделано, например, путем его пробивания устройством впрыскивания жидкости, тогда как впускное отверстие для газа остается закрытым мембраной. Впускное отверстие для газа может выборочно открываться, например, путем разрывания мембраны на газонепроницаемом участке мембраны, в частности, путем вставления иглы или трубки во впускное отверстие для газа.
Предпочтительно в капсуле согласно изобретению имеется система выпуска жидкого продукта, расположенная по потоку после первого отсека, которая может закрываться и открываться перед установкой в устройство подачи жидкости. Система выпуска жидкого продукта может быть выполнена с возможностью создания определенного давления жидкости (например, от 2 до 10 бар) в отсеке, что способствует растворению или распределению ингредиентов во впрыскиваемой жидкости.
Например, система выпуска жидкого продукта может быть одним из следующих элементов:
- перфорируемой или разрывной стенкой,
- комбинацией из перфорируемой стенки и по меньшей мере одного перфорирующего элемента,
- клапаном, содержащим, по меньшей мере, одно отверстие или прорезь, открывающиеся под действием давления,
- фильтрующей стенкой с заранее проделанными отверстиями для отделения выходящего жидкого продукта от твердых частиц, находящихся в отсеке.
Содержащиеся в отсеке пищевые ингредиенты могут быть в форме жидкого концентрата, пасты, геля, порошка или их комбинации.
Предпочтительно пищевые ингредиенты представляют собой детское питание, ингредиенты на молочной основе, кулинарную смесь или любые другие соответствующие пищевые продукты, содержащие протеины, липиды, углеводы, микроэлементы, клетчатку и их комбинации.
Объектом изобретения также является фильтрующий узел, содержащий фильтрующую мембрану и выпускную стенку, на которую опирается фильтрующая мембрана, при этом выпускная стенка имеет впускное отверстие для жидкости, а также выпускное сопло с по меньшей мере одним выпускным отверстием для жидкости, причем фильтрующий узел выполнен в виде приспособления, размещаемого по потоку перед отсеком капсулы с ингредиентами для приготовления пищевого продукта, а сопло направлено внутрь упомянутого отсека. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения выпускное отверстие для жидкости фильтрующего приспособления смещено таким образом, что оно находится снаружи осевой проекции фильтрующей поверхности фильтрующей мембраны.
Все описанные параметры фильтрующего приспособления в данном случае также относятся и к фильтрующему узлу. Например, фильтрующий узел предпочтительно содержит стойкий к давлению, манипулируемый, относительно жесткий кожух с впускным и выпускным отверстиями. Более предпочтительно узел содержит впускное отверстие для газа, предназначенное для выгрузки жидкого содержимого капсулы, которое расположено отдельно от впускного отверстия для жидкости и которое не проходит через фильтрующую мембрану. В фильтрующем узле также может иметься отдельное выпускное отверстие для газа, либо, как вариант, выпускное отверстие для газа может быть совмещено с выпускным отверстием для жидкости сопла.
Изобретение поясняется чертежами, на которых показаны предпочтительные варианты его осуществления.
На фиг.1 показана капсула согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, вид в перспективе сверху;
на фиг.2 - то же, вид в перспективе снизу;
на фиг.3 - то же, вид сбоку;
на фиг.4 - сечение капсулы по линии А-А на фиг.3;
на фиг.5 - капсула, представленная на фиг.1, в разобранном виде с различными элементами перед сборкой, вид в сечении;
на фиг.6 - фильтрующее приспособление капсулы, представленной на фиг.1, вид в сечении в перспективе в увеличенном масштабе;
на фиг.7 - то же, в разобранном виде;
на фиг.8 - то же, вид снизу;
на фиг.9 - сечение по линии Е-Е на фиг.8, вид в увеличенном масштабе;
на фиг.10 - фрагмент узла соединения фильтрующего приспособления на фиг.6, вид в сечении;
на фиг.11 - фрагмент места соединения фильтрующей мембраны с кожухом фильтрующего приспособления, вид в сечении;
на фиг.12 - фрагмент впускного отверстия фильтрующего приспособления, вид в сечении;
на фиг.13 - капсула согласно второму варианту осуществления изобретения без верхней мембраны, вид в перспективе сверху;
на фиг.14 - то же, вид в перспективе в сечении;
на фиг.15 - устройство подачи текучей среды со вставленной капсулой согласно изобретению перед проделыванием впускного отверстия для подачи в капсулу жидкости, вид в перспективе;
на фиг.16 - то же, вид с другой стороны;
на фиг.17 - то же, вид в продольном сечении вдоль плоскости, проходящей через сопло для жидкости;
на фиг.18 - устройство подачи текучей среды со вставленной капсулой согласно изобретению после проделывания впускного отверстия для жидкости, вид в продольном сечении вдоль плоскости, проходящей через сопло для жидкости;
на фиг.19 - устройство подачи текучей среды со вставленной капсулой согласно изобретению перед проделыванием впускного отверстия для газа, вид в продольном сечении вдоль плоскости, проходящей через впускное отверстие для газа;
на фиг.20 - то же, после создания впускного отверстия для газа.
На фиг.1-3 исключительно в качестве предпочтительного примера показан общий вид капсулы согласно первому варианту осуществления изобретения.
Капсула 1А состоит из корпуса 2, в котором находятся пищевые ингредиенты фильтрующего приспособления и системы выпуска продукта. Корпус капсулы выполнен в виде чашки 3, которая закрыта влагонепроницаемой верхней мембраной или фольгой 4, герметично прикрепленной к фланцеобразному ободку 5 корпуса. Мембрана 4 может быть только влагонепроницаемой, либо, что наиболее предпочтительно, влаго- и газонепроницаемой. В частности, мембрана может быть многослойной, включающей газонепроницаемый слой, например, из сополимера этилена с виниловым спиртом (EVOH) и/или алюминий. Как будет более подробно рассмотрено далее, верхняя мембрана изготавливается из прокалываемого материала, например из тонкого полимера и/или алюминия, позволяющих, с одной стороны, подавать в капсулу жидкость при помощи форсунки 6 для жидкости, а с другой стороны, подавать газ при помощи форсунки 7 для газа.
На дне 8 чашки 3 выполнено выпускное отверстие 9, предназначенное для выгрузки из капсулы жидкой пищевой смеси/продукта. Выпускное отверстие 9 для продукта может состоять из одного или нескольких отверстий, через которые жидкий состав под напором проходит в направлении принимающей емкости, например бутылочки для детского питания, стакана или кружки. Выпускное отверстие 9 для продукта может проходить от дна чашки в виде короткой трубки 10, направляющей поток жидкости и предотвращающей разбрызгивание жидкости, которая может испачкать пространство вокруг кружки.
В верхней части корпуса капсулы имеется выступ 11, в который помещается фильтр для фильтрации подаваемой в капсулу жидкости. Как показано на фиг.2, капсула может быть дополнительно снабжена трехпозиционным кодовым элементом 12, который может взаимодействовать с позиционирующими датчиками устройства подачи жидкости для определения типа вставляемой в устройство капсулы, чтобы для опознанного типа капсулы можно было выбрать определенный цикл приготовления, например за счет подачи соответствующего количества воды, выбора температурного режима, расхода и т.п.
Как показано на фиг.4 и 5, в чашке капсулы имеется отсек 13, образованный дном и боковой стенкой чашки 3, в котором находятся пищевые ингредиенты 14. Объем отсека может быть разным, в зависимости от объема впрыскиваемой в него жидкости. В целом, для большого объема жидкости предпочтительно использовать большой объем для того, чтобы отсек выступал в качестве емкости для перемешивания ингредиентов и жидкости и формирования состава.
Капсула может быть снабжена системой 15 выпуска продукта, обеспечивающей соответствующее взаимодействие между подаваемой жидкостью и ингредиентами, находящимися внутри отсека капсулы, а также уменьшающей или предпочтительно предотвращающей взаимодействие между пищевой смесью и устройством. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения система выпуска продукта сконструирована таким образом, чтобы она проделывала по меньшей мере одно выпускное отверстие в капсуле для выпуска смеси после создания внутри отсека достаточного давления жидкости. Для этого на дне 8 чашки в определенных местах имеются перфорирующие элементы 16, расположенные таким образом, чтобы они перфорировали нижнюю мембрану 17, которая обычно отделяет отсек 13 от выпускного отверстия 9 для жидкого продукта. Нижняя мембрана обычно является тонкой влагонепроницаемой перфорируемой мембраной, изготовленной из алюминия и/или полимера. Мембрана герметично прикреплена к нижнему краю чашки. Например, мембрана представляет собой 30-микронную алюминиевую фольгу. Капсула, содержащая систему выпуска продукта, описана в документе РСТ/ЕР09/053033. Следует отметить, что система выпуска продукта может иметь и иную конструкцию. В частности, она может быть обычным клапаном, состоящим из отверстия или щели, которые обычно закрыты и открываются под действием давления, создаваемого в отсеке в результате подачи в него жидкости. Как вариант, это может быть также пористая стенка, используемая для фильтрации продукта.
Кроме этого, капсула согласно изобретению сконструирована таким образом, чтобы она обеспечивала фильтрацию подаваемой в отсек жидкости. Потребность в фильтрации подаваемой жидкости по существу связана с необходимостью поддержания высокого качества жидкости, например воды, подаваемой в приготовляемый состав. Вода может подаваться с рабочей температурой, например 35-40°С, за счет нагрева воды комнатной температуры, поступающей из бака с водой или устройства подачи текучей среды. Более предпочтительно осуществлять фильтрацию для удаления загрязнений, в том числе микроорганизмов, таких как бактерии, дрожжи или плесень, а также вирусов, которые невозможно убить нагревом воды. Данная задача может решаться за счет установки в определенной части капсулы фильтрующего приспособления 18, стойкого к давлению и простого в установке. Такое фильтрующее приспособление состоит из внешнего защитного кожуха 19 и по меньшей мере одного фильтрующего наполнителя, в частности фильтрующей мембраны 20. Предпочтительно фильтрующее приспособление 18 является жестким, в том смысле, что оно жестче фильтрующей мембраны, а также предпочтительно устойчивым к значительному отклонению под действием жидкости и прижимающего давления, создаваемого выходящей из форсунки жидкостью, и плотно прижатым к капсуле устройством подачи жидкости. Преимущество использования фильтрующего приспособления заключается в том, что оно упрощает установку фильтра в капсулу, не требуя использования специальных соединительных средств, и уменьшает вероятность повреждения фильтрующей мембраны.
Для обеспечения антибактериальной защиты размер пор фильтрующей мембраны предпочтительно составляет менее 0,4 мкм, наиболее предпочтительно менее 0,2 мкм. Ее толщина составляет менее 500 мкм, предпочтительно от 10 до 300 мкм. Материал для изготовления мембраны может выбираться из числа следующих: полиэфирсульфоны (ПСФ), ацетат целлюлозы, нитрат целлюлозы, полиамид и их комбинации.
В частности, фильтрующий элемент может вставляться в посадочное место 21 под фильтр, образованное в выступе 11 корпуса. Посадочное место под фильтр сконструировано таким образом, чтобы фильтрующее приспособление было смещено относительно отсека. За счет этого деформация капсулы в результате давления жидкости и ее прижатия устройством подачи жидкости могут быть уменьшены по сравнению с вариантом, когда фильтрующее приспособление расположено в центре над отсеком. Посадочное место 21 под фильтр может быть, например, U-образной полостью относительно небольшой глубины (d) по сравнению с глубиной (D) отсека. Посадочное место 21 под фильтр имеет нижнюю стенку и боковую стенку, соответствующие по меньшей мере части нижней и боковой стенок фильтрующего приспособления, в частности его более крупной части 27. Для установки фильтрующего приспособления не обязательны какие-то специальные соединения с посадочным местом, оно может удерживаться лишь за счет сопряжения с посадочным местом, например за счет тугой посадки на это место, и закрытия верхней мембраной 4. В частности, в боковой стенке посадочного места 21, например рядом с отсеком, могут быть выполнены гофрированные складки или углубления (не показаны) для тугой посадки фильтрующего приспособления.
Как показано на фиг.4, размер фильтрующего приспособления 18 подобран таким образом, чтобы фильтрующая поверхность (F) была по меньшей мере в два раза, а предпочтительно в несколько раз, меньше большего поперечного сечения (С) горловины (т.е. верхнего отверстия) отсека 13, например соответствующего верхнего отверстия отсека. Кроме этого, наиболее крупная часть фильтрующей поверхности (F) аксиально смещена относительно сечения (С) отсека 13, если смотреть на капсулу вдоль осевой линии А. Под термином «наиболее крупная часть» понимается по меньшей мере 60%, а предпочтительно 85%, фильтрующей поверхности, находящейся за пределами сечения отсека, если смотреть в направлении линии А. Фильтрующей поверхностью в данном случае считается общая поверхность фильтрующей мембраны, за вычетом ее обжатого края 30. Допускается незначительный нахлест поверхностей. Первой решенной проблемой является уменьшение размеров отсека и возможность лучше управлять деформацией фильтра, а другой решенной проблемой - уменьшение количества материала, используемого для изготовления фильтрующей мембраны, и, как следствие, снижение себестоимости производства и повышение экологичности использованной капсулы. Еще одним преимуществом является возможность спрессовывания капсулы, в частности чашки капсулы, после ее разгрузки, что позволяет сократить объем пространства для хранения использованных капсул. Для этого в боковой стенке капсулы могут быть сделаны ослабленные линии, проходящие таким образом, чтобы они позволяли спрессовывать чашку в осевом направлении.
Как показано на фиг.6-9, фильтрующий узел согласно изобретению содержит впускную стенку 22 для подачи в него жидкости, а также выпускную стенку 23 для выхода отфильтрованной жидкости в отсек 13. Во впускной стенке имеется впускное отверстие 24 для жидкости, а в выпускной стенке имеется выпускное отверстие 25 для жидкости, расположенное рядом с соплом 26 приспособления. Впускное и выпускное отверстия 24, 25 для жидкости разнесены между собой в продольном направлении таким образом, чтобы впускное отверстие 24 для жидкости находилось снаружи контура отсека 13, а выпускное отверстие 25 для жидкости находилось внутри контура отсека. Предпочтительно корпус фильтра имеет форму теннисной ракетки, более крупная часть 27 которой находится в посадочном месте и переходит в сужающуюся часть 28 с соплом, проходящей над отсеком. Выпускное отверстие 25 предпочтительно имеет меньший диаметр, например от 0,2 до 1,5 мм, для создания струи жидкости под давлением, способствующей растворению или распределению ингредиентов жидкостью, выходящей из сопла. Выпускное отверстие может состоять из нескольких отдельных отверстий. Число отверстий должно быть небольшим, предпочтительно от 1, максимум до 5, для того, чтобы избежать значительного ослабления скорости потока. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения в сопле имеются два параллельных или непараллельных выпускных канала. Предпочтительно скорость потока, проходящего через выпускной (выпускные) канал (каналы) сопла, составляет от 1 до 20 м/сек. Сечение выпускного канала может иметь разную форму, например круглую, овальную, прямоугольную и т.п.
Кожух охватывает фильтрующую мембрану 20, которая расположена во внутренней камере 29, образованной передней по потоку и задней по потоку частями, а край 30 мембраны прочно и герметично прикреплен к кожуху, предотвращая протекание жидкости в обход фильтра. В задней по потоку части камеры фильтрующая мембрана дополнительно удерживается опорной конструкцией, состоящей, например, из множества небольших шипов 31. Свободные концы шипов имеют плоскую форму, уменьшающую осевое отклонение фильтрующей мембраны от действия давления и предотвращающую ее разрушение. Предпочтительно шипы расположены по всей площади фильтрующей мембраны. Предпочтительно расстояние между смежными шипами не превышает 2,5 мм. Между опорными конструкциями образовано множество каналов 32 для сбора жидкости, фильтруемой через мембрану. В выпускной стенке 23 имеется по меньшей мере один выпускной канал 33, обеспечивающий сообщение по текучей среде между задней по потоку частью фильтрующей мембраны и выпускным отверстием 25 сопла 26 через каналы 32. Опорная конструкция может быть отдельным элементом, например решеткой, помещенной в корпус снизу фильтра.
Во впускной стенке 22 фильтрующего приспособления имеется также впускное отверстие 34 для газа, предназначенное для подачи сжатого газа, например сжатого воздуха, в отсек 13. Как показано на фиг.9, впускное отверстие для газа может проходить через стенку, пересекая выпускной канал 33. В этой связи следует отметить, что подаваемый в приспособление газ, следуя к соплу 26, обходит фильтрующую мембрану 20 и поступает под давлением в отсек, в результате чего фильтрующая мембрана не создает падения давления газа перед его поступлением в отсек с ингредиентами. Оба отверстия - впускное отверстие 24 для жидкости и впускное отверстие 34 для газа - закрыты верхней мембраной 4, поэтому эти отверстия могут выборочно открываться за счет перфорирования мембраны 4 в определенных местах. В частности, верхняя мембрана 4 герметично закреплена вокруг впускного отверстия для жидкости и впускного отверстия для газа при помощи уплотнений 35, 36 (фиг.1). Таким образом, когда верхняя мембрана перфорируется форсункой 7 для подачи газа устройства подачи жидкости, перфорирующий наконечник может соприкасаться только с отфильтрованной жидкостью. За счет этого вероятность загрязнения перфорирующего устройства существенно уменьшается по сравнению с ситуацией, если бы для газа и жидкости использовалось бы одно и то же впускное отверстие. Таким образом, перфорирующее средство для газа может оставаться чистым для следующего подготовительного цикла.
Конструкция кожуха 19 фильтра может быть разной. Однако согласно предпочтительной конструкции кожух состоит из двух частей 37 и 38, которые скреплены и/или защелкнуты друг с другом. На фиг.7 показано фильтрующее приспособление 18 с нижней и верхней половинками 37 и 38 кожуха. В нижней половинке 37 кожуха имеется выступающий круглый ободок/канавка 39, ограничивающий контур внутренней камеры и вставляемый в круглую канавку/ободок 40 верхней половинки 38 корпуса. Аналогичным образом, сопловая часть 28 приспособления 18 образуется за счет соединения второго ободка/углубления 41 нижней половинки с канавкой/ободком 42 верхней половинки 38. Также допустимо, чтобы детали 39, 41 и соответственно 40, 42 непрерывно проходили от более крупной части 27 «ракетки» к сужающейся части 28 «ракетки».
Как показано на фиг.10 и 11, нижняя и верхняя половинки 37, 38 кожуха соединяются, обжимая край 30 фильтрующей мембраны. Детали 37, 38 могут быть сконструированы таким образом, чтобы они сгибали и зажимали край мембраны по окружности 43. Фильтр может не привариваться к кожуху, если место зажима позволяет прочно удерживать фильтр на месте и, следовательно, гарантированно исключить обход фильтра жидкостью во время эксплуатации. Например, приспособление может собираться сваркой участков канавок/ободков по линиям 44, 45. Сварка частей кожуха с обжимом фильтра позволяет использовать более широкий ассортимент материалов для фильтра, не беспокоясь о совместимости с материалами, из которых изготавливается кожух. Еще одним преимуществом такой конструкции является упрощение сборки, поскольку ультразвуковая сварка позволяет использовать более толстые элементы конструкции и избежать повреждения более тонких элементов (например, фильтрующей мембраны).
Как показано на фиг.8, конструкцию фильтрующего приспособления можно оптимизировать. Например, фильтрующее приспособление может содержать усиливающую конструкцию 46, расположенную, в частности, в сужающейся части 28, что позволяет выполнять канал в нижней стенке, не нарушая при этом жесткость элемента, в частности, с точки зрения жидкостных и механических ограничений. В частности, усиливающая конструкция состоит из нескольких ребер, проходящих, например, поперечно «ракетке». Разумеется, можно использовать и другие усиливающие конструкции. В частности, для снижения себестоимости и повышения экологичности можно оптимизировать соотношение жесткость/вес.
Для снижения вероятности повреждения фильтрующей мембраны при раскрытии впускного отверстия 24 для жидкости во время перфорирования мембраны 4 в области 47, расположенной непосредственно над впускным отверстием, как это показано на фиг.12, между впускным отверстием и фильтрующей мембраной 20 устанавливается устойчивая к воздействию перфорации перегородка 48, которая может быть составной частью впускной стенки кожуха. Перегородка расположена под впускным отверстием поперечно ему. За счет этого жидкость может проходить через боковые проходы 49, образованные во впускном отверстии между перегородкой и стенкой. Разумеется, форма перегородки может быть разной, при условии, что она обеспечивает защиту от перфорирования в осевом направлении I впускного отверстия. Перегородка также может быть отдельной деталью, расположенной между фильтром и впускной стенкой.
Другой вариант осуществления изобретения показан на фиг.13 и 14.
Капсула 1В в соответствии с этим вариантом осуществления изобретения имеет несколько отличий. Прежде всего, фильтрующее приспособление 18 состоит из внешней стенки 23, на которую опирается фильтрующая мембрана 20. В отличие от предыдущего варианта фильтрующая мембрана 20 расположена между внешней выпускной стенкой 23 и дном посадочного места 21 под фильтр корпуса. Впускное отверстие 24 для жидкости находится сбоку от приспособления и сообщается с нижней камерой 50, расположенной по потоку перед фильтром, но снизу выпускной стенки 23. Вторая верхняя камера 51 расположена между выпускной стенкой 23 и верхней мембраной 4 (не показана), которая герметично прикреплена к фланцеобразному ободку 5 корпуса капсулы. Для того чтобы верхняя мембрана 4 не проваливалась в верхнюю камеру 51 и частично не блокировала поток, проходящий через фильтрующую мембрану, на выпускной стенке 23 имеется несколько опорных элементов 52. В выпускной стенке 23 выполнено множество отверстий 53, позволяющих отфильтрованной жидкости равномерно проходить сквозь расположенную снизу фильтрующую мембрану. Таким образом, жидкость, подаваемая в капсулу через впускное отверстие 24, следуя в нижнюю камеру 50, проходит снизу приспособления, а затем через фильтрующую мембрану 20 поднимается вверх. Таким образом, отфильтрованная жидкость накапливается в верхней камере и проходит через выпускное сопло 26, имеющее небольшое отверстие 25. Для разгрузки капсулы 1В может использоваться впускное отверстие для газа, расположенное отдельно от фильтрующего приспособления. В частности, во фланцеобразном ободке, например рядом с фильтрующим приспособлением, может быть сделано углубление 54. Для подачи газа в отсек 13 с ингредиентами верхняя мембрана может перфорироваться в районе этого углубления. Перфорирование верхней мембраны может осуществляться механическим элементом устройства подачи жидкости либо сжатым газом. Разумеется, впускное отверстие для газа может быть также расположено и в фильтрующем приспособлении. Система выхода продукта может быть аналогична описанной выше.
Далее со ссылками на фиг.15-20 будет описано устройство подачи текучей среды, в которое может помещаться капсула для приготовления пищевой смеси.
В устройстве 55 подачи текучей среды согласно изобретению обычно имеется держатель 56 капсулы, размер которого позволяет устанавливать в нем капсулу 1. Держатель капсулы соединен с блоком 57 подачи текучей среды, включающим в себя средства подачи жидкости и газа. Блок 57 подачи текучей среды содержит основание 58 держателя капсулы, обеспечивающее устойчивое исходное положение держателя капсулы. В частности, на держателе 56 капсулы и основании 58 имеются сопрягающиеся направляющие 59, обеспечивающие простоту установки и снятия держателя капсулы с основания, например, путем скольжения в продольном направлении В.
Следует отметить, что фильтрующее приспособление 18 согласно изобретению также может быть отдельной деталью, соединяемой с капсулой при использовании, например, при помещении капсулы в устройство подачи текучей среды. В частности, фильтрующее приспособление может быть деталью, которая соединена с форсункой для жидкости, или является частью форсунки для жидкости.
Блок 57 подачи текучей среды также содержит плиту 60 впрыскивания жидкости, несущую форсунку 6 для жидкости. Плита 60 впрыскивания жидкости может быть установлена с возможностью поворота вокруг оси 61, установленной на верхней части основания 58, так что плита может перемещаться из по меньшей мере одного первого положения, в котором форсунка удалена от впускного отверстия для жидкости на капсуле, во второе положение, в котором форсунка входит во впускное отверстие 24 для жидкости на капсуле. Первое положение показано на фиг.17, а второе положение - на фиг.18. Плита впрыскивания жидкости перемещается из первого положения во второе и наоборот кулачковым механизмом 62, который может поворачиваться вокруг второй оси 63, также установленной на основании. Аналогично, форсунка 7 для газа расположена таким образом, чтобы она могла находиться в первом положении, в котором она удалена от впускного отверстия капсулы для газа (фиг.19), и во втором положении, в котором она входит во впускное отверстие для газа (фиг.20). Точно также перевод из первого положения во второе» и наоборот форсунки 7 для газа осуществляется кулачковым механизмом 62. Кулачковый механизм 62 предпочтительно используется для управления двумя положениями обеих форсунок, для жидкости и для газа, таким чтобы форсунка для газа переводилась из первого положения во второе после того, как форсунка для жидкости была переведена из первого положения во второе. В частности, кулачковый механизм 62 состоит из по меньшей мере одной первой кулачковой части 64, воздействующей на плиту впрыскивания жидкости, а также по меньшей мере одной второй кулачковой части 65, воздействующей на форсунку для газа. Две кулачковые части связаны с одним и тем же кулачковым механизмом таким образом, чтобы они всегда могли координированно воздействовать на свои соответствующие форсунки. На фиг.17 и 18 показана первая кулачковая часть 64, используемая для изменения положения форсунки 6 для жидкости путем нажатия на плиту 60. Поверхность кулачковой части 64 имеет эксцентриситет относительно оси 63, в результате чего при повороте кулачка эта поверхность толкает плиту 60 вниз в направлении капсулы. Следует отметить, что с плитой впрыскивания жидкости могут сопрягаться уплотнительные средства, такие как уплотнительное кольцо (не показано), для создания локальных влагонепроницаемых уплотнений вокруг впускного отверстия для жидкости. На фиг.19 и 20 показана вторая кулачковая часть 65, которая также имеет эксцентричную поверхность, толкающую форсунку 7 для газа в направлении капсулы. Для большей наглядности показаны не все детали устройства, в частности не показаны упругие средства возврата плиты впрыскивания жидкости в первое положение, а также аналогичные средства для возврата форсунки для газа в первое положение. Подобные упругие средства возврата могут быть выполнены в виде пружин или аналогичных устройств.
Согласно другому варианту осуществления изобретения фильтрующее приспособление 18 может отделяться от капсулы и быть одноразовым устройством.