СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЖИДКОГО ЭКСТРАКТА ИЗ ВЕЩЕСТВА, СОДЕРЖАЩЕГОСЯ В ЕМКОСТИ, С ПРИМЕНЕНИЕМ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ СИЛ
METHOD AND DEVICE FOR PREPARATION OF LIQUID EXTRACT OF SUBSTANCE CONTAINED IN VESSEL WITH CENTRIFUGAL FORCE APPLYING

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для приготовления жидкого экстракта пропусканием воды через вещество, содержащееся в емкости, которая подвергается центрифугированию. Конкретнее, изобретение относится к приготовлению экстракта напитка, например кофе, и т.п.
Известно приготовление напитков, при котором смесь из заваренного кофе и кофейного порошка разделяется при использовании центробежных сил. Указанная смесь образуется при контакте жидкости, например горячей воды, и порошка кофе в течение определенного времени. В этом случае жидкость пропускают через сетчатый фильтр, на котором присутствует просеянный порошковый материал.
Согласно определенным способам приготовления напитка, например описанным в патенте GB 1506074, емкость имеет большое отверстие, чтобы в емкость можно было загрузить кофе. При этом способе приготовления напитка емкость заполняется жидкостью, и емкость приводится во вращение. Как правило, емкость заполняется жидкостью не в полном объеме, иначе жидкость могла бы просачиваться через большое отверстие, так как в маленьких отверстиях для выгрузки напитка создается градиент давления.
Патент ЕР 079713 относится к подобным центробежным устройствам с крышкой, которая сопрягается с фильтрующим элементом, создавая, таким образом, по существу закрытый фильтрующий элемент. Существует проблема, состоящая в том, что в емкости могут формироваться воздушные карманы, если в начале операции приготовления напитка воздух не может выходить достаточно быстро через фильтр и ограничивающий зазор. Воздушный карман может нарушить полное смачивание и/или экстракцию вещества и может привести к повышению давления жидкости в емкости при недостаточном объеме.
Документ WO 2006/112691 относится к другим центробежным устройствам, содержащим пазы для подачи смеси порошок/вода, которая поступает в пространство, находящееся между цилиндром и поршнем.
Одна из проблем центробежных устройств состоит в том, что ограничивается объем жидкости, заполняющей емкость, если в емкости остается слишком много газа. Поэтому в емкости могут присутствовать области, в которых ингредиенты не смачиваются должным образом. Соответственно, это отрицательно влияет на качество экстракции. В частности, если порошковые ингредиенты смочены не должным образом, наблюдается низкая степень экстракции выгружаемого напитка, т.е. небольшой общий сухой остаток («Тс»). Также, если в капсулу введено недостаточное количество жидкости, то потребуется завышенное центробежное давление, чтобы жидкость могла выйти из емкости, в связи с чем потребуется слишком высокая скорость вращения, чтобы заставить жидкий экстракт выходить из капсулы.
Кроме того, выпускные отверстия, выполненные в емкости, могут быть очень небольшими, и выпускной клапан может быть закрыт, в связи с чем весь объем газа не может выйти через эти отверстия или клапан полностью или своевременно.
Поэтому, одна из задач настоящего изобретения состоит в том, чтобы уравновесить выходящий поток газа и поток жидкости, входящей в центробежное устройство, чтобы могли быть решены проблемы с увлажнением ингредиентов в емкости и заливкой жидкости в емкость, и исключить чрезмерную скорость вращения.
Другая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить оптимизированный режим приготовления напитка при гарантии надлежащего увлажнения ингредиентов в емкости и при начале цикла экстракции по завершении должного увлажнения ингредиентов, чтобы добиться должной степени экстракции выгружаемого напитка.
Еще одна задача изобретения состоит в том, чтобы обеспечить чистый напиток и исключить утечку твердых частиц и/или жидкостей, которые могут испачкать и/или повредить устройство (например, при попадании в шарикоподшипник вращательных приводных средств).
В связи с этим настоящее изобретение относится к способу приготовления жидкого пищевого продукта пропусканием жидкости через вещество, содержащееся в емкости, с применением центробежных сил, в котором регулируется выпуск газа, содержащегося в емкости, когда емкость заполняется жидкостью.
Таким образом, согласно одному из основных принципов изобретения во время заполнения капсулы жидкостью должен обеспечиваться целенаправленный выпуск газа, благодаря чему емкость может быть заполнена жидкостью соответствующим образом для обеспечения надлежащего увлажнения ингредиентов перед процессом экстракции.
Предпочтительно регулируемый выпуск газа осуществляется по меньшей мере по одному специальному трубопроводу.
К тому же, регулировка выпуска газа может осуществляться различными средствами.
В одном из вариантов избирательная регулировка выпуска газа выполняется клапаном. Клапан может представлять собой клапан, который разработан, чтобы избирательно обеспечивать выход газа и задерживать жидкость, выходящую из емкости.
В том же самом варианте или в альтернативном варианте осуществления изобретения избирательная регулировка выхода газа выполняется посредством повышения скорости вращения емкости. В результате повышения скорости вращения в емкости возрастают центробежные силы, и начинается процесс жидкостной экстракции.
В одном из возможных вариантов осуществления изобретения трубопровод (трубопроводы) для выпуска газа может сообщаться с атмосферой без активного регулируемого клапана, т.е. клапана, для открытия и/или закрытия которого требуется прием сигнала.
Предпочтительно после того, как определенный объем жидкости поступил в емкость или по истечении заданного промежутка времени, трубопровод для выпуска газа закрывается клапаном и/или увеличивается скорость вращения.
С этой целью может быть предусмотрен регулируемый клапан, чтобы изменять отверстие для выхода газа. Поэтому, когда емкость, содержащая сухой порошок, начинает заполняться жидкостью, газ может выпускаться, и это происходит до тех пор, пока достаточное количество жидкости не заполнит емкость. Также может быть уменьшена вероятность утечки жидкости, поскольку выпуск газа может быть своевременно остановлен во избежание утечки жидкости или твердых частиц при выпуске газа, когда достаточный объем жидкости поступил в емкость.
В отдельном варианте осуществления изобретения определенный объем жидкости, заполняющей емкость, может быть измерен расходомером, установленным в контуре подачи жидкости к емкости. Как только заданный объем жидкости поступил в емкость, т.е. емкость по существу заполнена жидкостью, клапан закрывает трубопровод для выпуска газа и/или скорость вращения увеличивается, достигая требуемой скорости экстракции.
В одном из возможных вариантом осуществления изобретения трубопровод для выпуска газа закрывается, когда в верхней части емкости обнаружен заданный уровень жидкости или жидкость обнаружена вне емкости.
Например, жидкостной датчик может обнаружить в трубопроводе для выпуска газа наличие жидкости. Такой жидкостной датчик в трубопроводе, или на пути потока между емкостью и трубопроводом, или в верхней части самого емкости может обнаружить изменение электрических свойств флюида, например проводимости, емкости или сопротивления. Данные об электрических свойствах принимаются блоком управления, который в ответ активирует клапан на закрытие трубопровода для выпуска газа и/или увеличивает скорость вращения средств, которые приводят емкость во вращение.
В другом возможном варианте осуществления изобретения по меньшей мере один трубопровод для выпуска газа может регулироваться клапаном, открывающимся и закрывающимся без вмешательства блока управления. Согласно одному примеру клапан регулируется на закрытие под действием центробежных сил. Клапан может принимать первое положение, открывая трубопровод для выпуска газа, когда центробежные силы, приложенные к нему, ниже заданного порогового значения, и клапан может принимать второе положение, закрывая трубопровод, когда центробежные силы превышают пороговое значение. В этом случае клапан в трубопроводе смещают относительно центральной оси, чтобы он мог воспринимать центробежные силы и закрытие клапана выполнялось автоматически при центрифугировании емкости с достаточной скоростью вращения. К примеру, клапан может представлять собой резиновый упругий элемент, деформируемый или отклоняемый в герметизированном основании трубопровода в результате центрифугирования.
Предпочтительнее газ удаляют при создании выхода для газа по существу по центральной оси вращения емкости. Предпочтительно центральное местоположение выхода для газа, так как в этой области центробежные силы, которые оказывают влияние на жидкость и которые могли бы создать утечку жидкости, являются минимальными. Под центральным местоположением подразумевается осевое местоположение, которое отдалено от центральной оси на расстояние, не превышающее 1/5 максимального радиуса емкости.
В одном из возможных вариантов осуществления изобретения трубопровод для выпуска газа введен в емкость, предпочтительно через мембранную крышку емкости. Поэтому, когда жидкость заполняет емкость, газ перед тем, как покинуть емкость, всасывается через входное отверстие в трубопровод для выпуска газа.
В другом варианте осуществления изобретения трубопровод для выпуска газа установлен снаружи емкости. Предпочтительно емкость имеет мембранную крышку, которая перфорирована, что дает возможность газу выходить из емкости и выпускаться через трубопровод, установленный над мембранной крышкой. В мембранной крышке могут быть выполнены перфорационные отверстия, которые служат выходными отверстиями для жидкости, находящейся в емкости, и обеспечивают возможность газу выходить из емкости к трубопроводу для выпуска газа.
Согласно одному из возможных аспектов изобретения выгрузка центрифугируемой жидкости из емкости не допускается, пока не будет достигнута достаточная центробежная скорость. В частности, поток центрифугируемой жидкости останавливается выпускным клапаном, формирующим пороговое давление, которое центрифугируемая жидкость должна преодолеть, чтобы выйти из емкости. Выпускной клапан установлен в периферийной области емкости. Выпускной клапан создает регулируемое пороговое давление, поэтому отпадает потребность в небольших отверстиях в емкости, которые могут быть заблокированы или закупорены. Однако клапан, который установлен со стороны выгрузки жидкости из емкости, также блокирует газ в емкости, который не может выйти при закрытии клапана. Поэтому согласно настоящему изобретению к выпускному клапану выше по ходу клапана необходимо подсоединить трубопровод (трубопроводы) для выпуска газа. Выпускной клапан предпочтительно разработан для обеспечения ограничения потока выгружаемой жидкости, который может увеличиваться с увеличением скорости вращения. Например, выпускной клапан представляет собой кольцевое ограничительное устройство, которое принудительно закрывается пружинными смещающими средствами.
Согласно другому аспекту изобретения газ, предпочтительно, выпускается во время фазы предварительного смачивания, в течение которой впрыскивается жидкость.
В одном из возможных вариантов осуществления изобретения обеспечиваются средства жидкостной селективной герметизации на границе раздела между средствами для впрыскивания жидкости и отверстием вращающегося зацепляющего емкость базового элемента, чтобы при заполнении емкости водой газ имел возможность выходить из емкости, а также и для того, чтобы препятствовать просачиванию воды на границе раздела.
В связи с этим в трубопроводе можно сформировать зазор, имеющий такую форму и/или такой размер, чтобы обеспечивался селективный выпуск флюида.
В частности, летучие соединения, например газ, могут пройти через зазор, тогда как жидкости, например вода или смесь воды и вещества, которые являются более вязкими, не могут пройти через зазор.
Зазор может продолжаться на достаточное расстояние по границе раздела, позволяющее полностью предотвратить прохождение жидкости через зазор. В частности, зазор может иметь длину по меньшей мере 10 мм, предпочтительнее - более 10 мм. Толщина зазора может составлять примерно от 0,1 до 1,0 мм.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения зазор создан нарезкой спиральной резьбы на вращающемся зацепляющем емкость базовом элементе. Нарезка резьбы создает длинный спиральный проход для флюида, который благодаря вращательному движению относительно водяного инжектора имеет тенденцию отталкивать жидкость обратно в направлении емкости.
Предпочтительнее в контуре для жидкости выше по ходу водяного инжектора предусмотрены средства подачи воды, обеспечивающие подачу воду через водяной инжектор под относительно низким давлением. Средства подачи воды могут быть нагнетательным насосом, например центробежным насосом, диафрагменным насосом, гравитационным насосом или перистальтическим насосом, к примеру поршневым насосом. Насос может быть предназначен для заполнения сосуда водой при относительном отсутствии положительного давления, превышающего атмосферное давление. Средства подачи воды под давлением работают так, чтобы жидкости не придавался импульс, достаточный для прохождения динамических герметизирующих средств. Фактически динамическая герметизация обеспечивает приложение большего импульса к жидкости, чтобы противостоять импульсу, создаваемому средствами подачи воды, которая оказывает давление в зазоре.
Кроме того, между вращающимся зацепляющим емкость базовым элементом и входной стенкой емкости могут быть установлены средства контактного уплотнения. Предпочтительно контактное уплотнение обеспечивает осевую герметизацию на поверхности емкости. Средства контактного уплотнения обеспечивают, что между емкостью и вращающимся зацепляющим емкость базовым элементом под действием центробежных сил не может циркулировать какая-либо жидкость, которая, байпасируя центрифугируемый поток в емкости, может разбавить напиток.
Предпочтительно средства контактного уплотнения представляют собой резиновый упругий элемент, например, резиновое или силиконовое уплотнительное кольцо, формирующее осевую герметизацию.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения средства контактного уплотнения установлены непосредственно вокруг водяного инжектора. В результате предотвращается выход жидкости через перфорированные выходные отверстия и в месте контакта с внешней поверхностью сосуда. Когда устройство открыто и емкость удалена из устройства, имеется небольшое количество остаточной жидкости, например горячей воды в устройстве, которая может капать нерегулируемым образом.
Согласно определенному аспекту изобретения вращающийся зацепляющий емкость базовый элемент содержит по меньшей мере один перфорирующий элемент, который установлен по периферии базового элемента, чтобы проколоть по меньшей мере одно выходное отверстие в стенке емкости. Предпочтительнее вращающийся базовый элемент содержит несколько перфорирующих элементов, равномерно размещенных по периферии зацепляющего емкость базового элемента.
Вращающийся базовый элемент может иметь форму диска, который прикладывает контактное давление к стенке емкости во время закрытия устройства над емкостью. Благодаря приложению контактного давления перфорирующие элементы могут прокалывать выходные отверстия в емкости, чтобы напиток мог выходить из емкости.
В другом аспекте изобретения вращающийся зацепляющий емкость базовый элемент содержит упруго смещаемый клапан, который открывается при определенном пороговом давлении, создаваемом центрифугируемой жидкостью, выходящей из емкости.
Согласно другому аспекту изобретения предлагается способ приготовления жидкого пищевого продукта пропусканием жидкости через вещество, содержащееся в емкости, с применением центробежных сил, причем способ включает фазу предварительного смачивания, во время которой емкость заполняется жидкостью и емкость вращается с первой скоростью, и включает фазу экстракции, во время которой емкость продолжает заполняться жидкостью и вращается со второй скоростью, превышающей первую скорость вращения.
Предпочтительно вторая скорость вращения повышается в соответствии с уровнем жидкости, заполняющей емкость. В частности, вторая скорость вращения повышается, когда обнаруживается, что уровень жидкости соответствует заданному уровню заполнения емкости. Уровень заполнения емкости может быть определен непосредственно жидкостным датчиком или косвенно при измерении объема жидкости, подаваемой в емкость.
Термин «предварительное смачивание» относится к фазе, во время которой жидкость непосредственно в емкости перемешивается с ингредиентами до центрифугирования, побуждающего жидкий экстракт выходить из емкости со стороны выгрузки, например при открытии выпускного клапана.
Термин «экстракция» относится к фазе, при которой жидкость проходит через ингредиенты и выгружается из емкости под действием центробежных сил. В контексте вариантов осуществления изобретения может потребоваться достаточная скорость вращения емкости, чтобы обеспечить выгрузку жидкости.
Во время предварительного смачивания скорость вращения емкости может быть более низкой, чем во время экстракции. Во время предварительного смачивания емкость может оставаться неподвижной или совершать колебательные движения.
Следует отметить, что предварительное смачивание вещества, в частности молотого кофе, обеспечивает улучшенную экстракцию и, следовательно, улучшенный вкус и аромат напитка. Во время этой фазы, предпочтительно, поддерживается достаточно низкая скорость вращения емкости, чтобы жидкий экстракт оставался в емкости и полностью смешался с веществом. Когда емкость заполняется жидкостью и емкость вращается медленно и газ имеет возможность выходить так, чтобы, по меньшей мере, существенное количество газа, содержавшегося в емкости, было удалено и оставалось достаточно места для жидкости, заполняющей емкость и смешивающейся с веществом.
В отдельном варианте осуществления изобретения газ выходит, по меньшей мере, через один трубопровод, кроме первого трубопровода для жидкости, подающего жидкость в емкость. В отдельном варианте осуществления изобретения трубопровод для выпуска газа установлен концентрически относительно упомянутого первого трубопровода для впрыскивания жидкости. Трубопровод для подачи жидкости может представлять собой полую иглу, которая перфорирует мембранную крышку емкости. Трубопровод для подачи жидкости может быть центрирован относительно оси вращения.
В одном из возможных вариантов осуществления изобретения после выпуска газа из емкости жидкость может также быть введена в емкость через трубопровод для газа. Поэтому после завершения выпуска газа жидкость может быть введена в емкость как через трубопровод для жидкости, так и через трубопровод для газа. В этом случае имеется преимущество, заключающееся в том, что газовый трубопровод может быть промыт от возможных твердых частиц, которые могли войти в трубопровод для газа при выпуске газа.
Способ в соответствии с изобретением может дополнительно включать фазу центробежной сушки вещества, остающегося в емкости после фазы экстракции. Во время фазы центробежной сушки может использоваться трубопровод для газа, чтобы введением воздуха в емкость для замещения жидкости, выгружаемой со стороны выгрузки емкости, обеспечить равновесие давления в емкости. В частности, в трубопроводе для газа посредством регулировочного клапана можно установить атмосферное давление. При равновесии давления не происходит деформация емкости, что могло бы произойти под относительным вакуумом.
Настоящее изобретение также относится к промышленному устройству для производства напитков при приготовлении жидкого экстракта пропусканием жидкости через пищевой продукт, содержащийся в емкости, при центрифугировании емкости, содержащему:
- средства впрыскивания жидкости для заполнения жидкостью емкость,
- средства приведения емкости во вращение по меньшей мере с одной центробежной скоростью,
- средства периферийной выгрузки, чтобы обеспечить выгрузку жидкого экстракта из емкости при упомянутой центробежной скорости,
причем устройство содержит специальные средства выпуска газа, сформированные, чтобы удалять газ из емкости, когда емкость заполняется жидкостью.
Средства выпуска газа могут содержать специальный трубопровод для выпуска газа, который отделен от основного трубопровода для подачи жидкости, например, чтобы внутренний объем емкости во время подачи жидкости в емкость был соединен с атмосферой.
Устройство, предпочтительно, содержит средства регулировки скорости, позволяющие повышать скорость вращения приводных средств для изменения режима приготовления напитка от фазы предварительного смачивания к фазе экстракции.
Устройство, предпочтительно, содержит средства определения уровня жидкости, заполняющей емкость. Фактически эти средства, определяющие уровень заполняющей жидкости, дают возможность скоординировать начало фазы экстракции после фазы увлажнения и, следовательно, обеспечить достижение надлежащих экстракционных свойств выгружаемой жидкости, например кофейного напитка с надлежащим Тс.
К тому же, клапан далее может быть соединен по меньшей мере с одним трубопроводом для выпуска газа, чтобы обеспечить избирательный регулируемый выпуск газа.
В одном из вариантов осуществления изобретения средства выпуска газа содержат по меньшей мере один трубопровод для выпуска газа, соединенный с регулируемым клапаном, позволяющим регулировать время поддержания трубопровода для выпуска газа открытым при заполнении емкости жидкостью через отдельный трубопровод для подачи жидкости.
В другом варианте осуществления изобретения трубопровод для выпуска газа сообщается с атмосферой без клапана.
В отдельном варианте осуществления изобретения трубопровод для выпуска газа вставлен в емкость и его входное отверстие находится в емкости.
В другом варианте осуществления изобретения входное отверстие трубопровода для выпуска газа находится вне емкости и, предпочтительно, выше емкости, в частности выше крышки емкости.
Конкретнее, трубопровод для выпуска газа регулируется, чтобы открываться во время фазы предварительного смачивания, при которой жидкость впрыскивается в емкость, и скорость вращения емкости ниже центробежной скорости, при которой жидкий экстракт выгружается из емкости через средства выгрузки под действием центробежных сил. Поэтому клапан может поддерживать трубопровод для газа открытым во время фазы предварительного смачивания. Затем клапан может регулироваться на закрытие после того, как заданный объем жидкости заполнил емкость, или по истечении заданного промежутка времени. Например, устройство может содержать расходомер, определяющий объем жидкости, поступающей в емкость. Расходомер может подать сигнал блоку управления, например, в форме импульсов, которые подсчитываются блоком управления устройства. При достижении заданного количества импульсов клапан закрывает трубопровод для выпуска газа из емкости.
В одном из возможных вариантов осуществления изобретения в устройстве для регулировки содержится прибор обнаружения жидкости, чтобы определить максимальный уровень жидкости в емкости или снаружи емкости. Прибор обнаружения жидкости может содержать, например, датчики электрического сопротивления, индуктивные или емкостные датчики. Датчики могут быть помещены, к примеру, в трубопроводе для выпуска газа или между трубопроводом и емкостью, например выше крышки емкости. Блок управления обеспечивает повышение скорости вращения и/или активацию клапана в зависимости от изменения обнаруженного объема газа или жидкости в местоположении датчиков. Например, когда скорость вращения превышает заданную величину, соответствующую достаточным центробежным силам, действующим в емкости, через средства выгрузки начинается выгрузка экстрагированной жидкости. При этом выпускной клапан открывается, позволяя жидкости выгружаться или извлекаться из емкости. Поскольку предварительно был обнаружен требуемый уровень жидкости, обеспечивающий смачивание ингредиентов в емкости должным образом, может происходить экстракция.
Трубопровод для подачи жидкости может быть соединен с герметизирующим элементом, который обеспечивает уплотнение на границе раздела между трубопроводом и крышкой емкости, например верхней мембраной емкости. Благодаря этому предотвращается просачивание жидкости в основании трубопровода для подачи жидкости и обеспечивается принудительное перемещение вещества в емкости для лучшего увлажнения ингредиентов, например частиц кофе.
В одном из возможных вариантов осуществления изобретения клапан является регулируемым/контролируемым, чтобы была возможность переключить трубопровод для газа на подачу жидкости и обеспечить подачу жидкости в емкость через трубопровод для выпуска газа после того, как газ был выпущен из емкости. Поэтому закрытие трубопровода для газа выполняется переключением клапана из положения для выхода газа через трубопровод в положение для подачи жидкости. Таким образом, трубопровод для выпуска газа, в дополнение к основному трубопроводу для жидкости, может обеспечить подачу жидкости в емкость. В результате, во время фазы центрифугирования, когда скорость вращения емкости выше, чем во время фазы предварительного смачивания, расход жидкости, подаваемой в емкость, может быть значительно увеличен. При этом трубопровод для газа может промываться от твердых частиц, которые могут попасть в трубопровод во время первой фазы.
Кроме того, клапан может быть сформирован таким образом, чтобы соединять трубопровод для газа с атмосферой во время фазы центробежной сушки после завершения фазы экстракции. Во время фазы центробежной сушки средства подачи жидкости прекращается и поддерживается высокая скорость средств, приводящих во вращение емкость, чтобы жидкость имела возможность выходить из емкости со стороны периферийной выгрузки.
В отдельном варианте осуществления изобретения трубопровод для газа может быть установлен концентрически относительно трубопровода для подачи жидкости в емкость.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения периферийные средства выгрузки включают ограничительный клапан для регулировки потока выгружаемой жидкости. Ограничительный клапан срабатывает, предпочтительно, на открытие, когда достигается определенное центробежное давление выгружаемой жидкости на клапан при повышении скорости вращения во время фазы экстракции. Ограничительный клапан имеет, предпочтительно, кольцевые запорные средства и пружинные смещающие средства для преодоления сопротивления жидкости, выходящей под давлением из емкости.
В другом аспекте изобретение также относится к емкости, содержащей фильтр, который препятствует выносу твердых частиц при выпуске газа. Фильтр может быть размещен таким образом, чтобы емкость была разделена по меньшей мере на два объема, в одном из которых содержатся ингредиенты пищевого продукта. Фактически, существенную проблему могут создать твердые частицы, которые препятствуют выходу потока газа из емкости. Фильтр, предпочтительно, содержит отверстия и/или щели, диаметр или ширина которых составляет менее 250 мкм. Фильтр может быть неотъемлемой частью емкости, например пористым пластмассовым участком или сеткой, также может быть изготовлен из тканного или нетканого материала или фильтровальной бумаги.
2
Кроме того, емкость до введения в устройство может представлять собой герметично закрытую капсулу. Капсула может содержать пищевой продукт, защищенный инертным газом, например СО и/или азотом.
Поэтому изобретение также относится к капсуле, обеспечивающей получение более чистого напитка по сравнению с «открытым» устройством и позволяющей лучше регулировать качество выпущенного жидкого экстракта. Капсула может быть закрыта пленкой, которая протыкается перфорирующими элементами устройства для обеспечения входных и выходных отверстий для жидкости.
Капсула может содержать внутренний фильтрующий участок, предотвращающий выход твердых частиц из капсулы через входное отверстие для жидкости, например, через проткнутое входное отверстие в капсуле. Этот первый фильтрующий участок находится, предпочтительно, в центральной части капсулы.
Капсула может также содержать второй фильтрующий участок, предотвращающий выход твердых частиц через выходные отверстия для жидкости, например через проткнутые выходные отверстия в капсуле. Этот второй фильтрующий участок находится, предпочтительно, в периферийной области капсулы. Фильтрующие участки могут быть частью одной и той же внутренней крышки, вставленной в чашкообразный корпус капсулы. Первый и второй фильтрующие участки могут также быть частью отдельных элементов капсулы.
Капсула может вмещать ингредиенты напитка, такие как молотый кофе, листовой чай, быстрорастворимый кофе, быстрорастворимый чай, травяной чай, какао, молоко, молочный порошок, пищевые ингредиенты и их сочетания.
Чтобы избежать ненужных повторений в настоящей заявке на изобретение все упомянутые особенности, относящиеся к способу согласно настоящему изобретению, могут также относиться к устройству и наоборот.
Изобретение более подробно будет описываться ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Фиг.1 - схематичный общий вид устройства согласно настоящему изобретению.
Фиг.2 - схематичный вид части устройства согласно настоящему изобретению.
Фиг.3 - схематичный вид части устройства согласно второму варианту осуществления изобретения во время фазы предварительного смачивания при выпуске газа.
Фиг.4 - схематичный вид части устройства согласно изобретению во время последующей фазы экстракции.
Фиг.5 - схематичный вид части устройства согласно изобретению во время центробежной сушки на заключительной фазе процесса.
Фиг.6 - вид внутренней крышки емкости согласно одному из вариантов осуществления изобретения.
Фиг.7 - перфорирующая деталь средств впрыскивания жидкости в устройстве согласно другому варианту осуществления изобретения.
Фиг.8 - вид в разрезе устройства согласно другому варианту осуществления изобретения при выпуске газа.
Фиг.9 - детализированный вид устройства в разрезе согласно еще одному варианту осуществления изобретения во время фазы предварительного смачивания.
Фиг.10 - детализированный вид устройства в разрезе, представленного на фиг.9, во время фазы экстракции.
Фиг.11 - вид в перспективе устройства для приготовления напитка согласно другому варианту осуществления изобретения.
Фиг.12 - вид в разрезе по линии А-А устройства, представленного на фиг.11.
Фиг.13 - вид устройства согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, детальный и частичный вид устройства, представленного на фиг.12, в частности конфигурация емкости и подсборка для впрыскивания.
Фиг.14 - увеличенный вид устройства, представленного на фиг.13, в частности вид динамических средств уплотнения.
Как видно на фиг.1, центробежное устройство согласно настоящему изобретению содержит центробежный блок 2, в который помещают центробежную емкость 3. Центробежная емкость 3 может быть капсулой одноразового использования, которая содержит порционные ингредиенты пищевого продукта, например порцию обжаренного и молотого кофе. До введения в блок капсула, предпочтительно, является герметичной, газонепроницаемой, обеспечивающей поддержание свежести содержащихся в ней ингредиентов пищевого продукта. Альтернативно центробежная емкость 3 может быть пополняемой емкостью центробежного блока 2.
Центробежный блок 2 соединен с приводными средствами 5, которые содержат электрический двигатель и приводной вал. Приводные средства 5 предназначены для вращения вращающегося барабана центробежного блока вокруг оси вращения А и, таким образом, центробежная емкость 3 помещена во вращающийся барабан центробежного блока 2 и вращается вокруг той же оси. Следует отметить, что часть вращающегося барабана или весь вращающийся барабан может служить емкостью, в частности, когда емкость не является конкретно капсулой одноразового использования, а является пополняемой частью устройства.
Кроме того, центробежный блок 2 также содержит накопительную часть и разгрузочную трубку 35, через которую приготовленный напиток должен выгружаться в сосуд 48, например чашку или кружку, помещенную, к примеру, ниже разгрузочной трубки.
Кроме того, устройство содержит средства подачи жидкости, которые включают водный резервуар 6 и контур 4 для жидкости. Резервуар 6, предпочтительно, содержит средства 31 для нагрева воды. Средства 31 нагрева могут представлять собой нагревательную спираль. Средства нагрева воды также могут быть снабжены термоблоком в контуре 4 для жидкости и помещены ниже по ходу относительно водного резервуара 6.
Кроме того, средства подачи жидкости содержат насос 7, соединенный с резервуаром 6. Насос 7 является, предпочтительно, центробежным насосом. К тому же, насос 7 соединен с центробежным блоком 2 посредством контура 4 для жидкости.
Предпочтительно насос 7 является, насосом низкого давления, который обеспечивает подачу к емкости 3 достаточного количества жидкости. К тому же, центробежная емкость во время работы устройства действует как центробежный насос, засасывая воду из средств подачи жидкости.
В центробежном блоке предусмотрен выпускной клапан 19 для жидкости, обеспечивающий ограничение потока центрифугируемой жидкости, которая покидает емкость 3, до поступления в накопительную часть блока. Выпускной клапан 19 позволяет увеличить время пребывания жидкости в емкости, благодаря чему улучшается экстракция, в частности кофе. Кроме того, поток значительно ускоряется под действием больших вращающих сил, необходимых, чтобы поток мог проходить через выпускной клапан. В результате на поверхности напитка может быть получена хорошая пенка или крема. Предпочтительно выпускной клапан открывается, образуя кольцевой зазор для потока и давая возможность центрифугируемой жидкости выходить из емкости, когда в клапане достигается определенное пороговое давление жидкости. С этой целью клапан 19 содержит упругие смещающиеся средства 27, противодействующие давлению центрифугируемой жидкости до достижения заданного давления. Кроме того, нагрузка на клапан может быть выполнена регулируемой посредством нагружающих средств 50, чтобы клапан открывался при определенном пороговом давлении. Например, нагружающие средства 50 действуют на упругие смещающиеся средства 27 для изменения предварительной нагрузки, приложенной к клапану 19. Поэтому, чем сильнее упругие средства предварительно напряжены под действием сжимающего давления нагружающих средств 50, тем выше должно быть давление жидкости, необходимое для преодоления усилия клапана, чтобы поддерживался соответствующий расход жидкости, и, соответственно, тем выше должна быть скорость вращения емкости. В результате уровень пены или крема на поверхности кофе может регулироваться при регулировке нагрузки на клапан 19.
В контуре 4 для жидкости между средствами подачи жидкости и центробежным блоком 2 предусмотрены средства 8 измерения расхода жидкости. Средствами 8 измерения являются, например, импульсно-кодированный турбинный расходомер, который генерирует электрические сигналы 10 в виде импульсов. Поэтому период генерированных импульсов, предпочтительно, пропорционален скорости потока жидкости в контуре 4 для жидкости.
Кроме того, устройство содержит средства 9 регулировки, которые включают вычислительное устройство 11, центральный контроллер 12, к примеру, пропорционально-интегрально-дифференциальный (PID) контроллер, способный обеспечить контур регулирования механизма обратной связи и настройку интерфейса 13. Средства регулировки соединены с турбинным расходомером 8 для определения параметра, характеризующего расход жидкости и с приводными средствами 5 коллекторного двигателя для ввода регулируемого параметра, а именно скорости вращения. Кроме того, для запуска и остановки подачи жидкости в контур контроллер 12 соединен с насосом 7. Вычислительное устройство 11, соединенное с турбинным расходомером 8, позволяет анализировать генерируемые импульсные сигналы 10. Проанализированные данные затем передаются центральному контроллеру 12. Соответственно, точный фактический расход жидкости в контуре 4 для жидкости может быть рассчитан в реальном времени.
На фиг.2 представлено устройство согласно настоящему изобретению, которое, к тому же, содержит средства 20 впрыскивания жидкости, обеспечивающие, главным образом, впрыскивание жидкости в емкость 3. Средства впрыскивания жидкости смонтированы неподвижно на блоке 2, но соединены через шарикоподшипники 54 с вращающейся плитой 55, содержащей разгрузочный кольцевой клапан 19.
Средства впрыскивания жидкости содержат первый трубопровод 21 для подачи жидкости, который по существу центрирован по оси вращения «А». Трубопровод 21 может иметь форму иглы или трубки, которая может входить в емкость, например в герметичную капсулу, чтобы обеспечить подачу жидкости в объем 22, в котором содержится вещество напитка. Может быть предусмотрен второй трубопровод 23, который окружает первый трубопровод 21 для подачи жидкости. Второй трубопровод 23, как будет описываться ниже, может выполнять различные функции, одной из которых является удаление или выпуск газа из емкости. Как проиллюстрировано в предпочтительном варианте осуществления изобретения, второй трубопровод 23 установлен концентрически относительно первого трубопровода 21. Однако можно рассматривать другие расположения, например второй трубопровод 23 может быть установлен рядом (т.е. бок о бок или близко) с первым трубопроводом 21.
Поскольку газ имеет тенденцию накапливаться в верхней центральной области капсулы, второй трубопровод 23 для выпуска газа из капсулы входит в емкость первым свободным концом 24, который находится выше свободного выходного отверстия 25 первого трубопровода 21 для впрыскивания, входящего в капсулу глубже. Эта предпочтительная конструкция также уменьшает риск засасывания жидкости во второй трубопровод.
Предпочтительно для того, чтобы исключить попадание в шарикоподшипники 54 жидкости, выходящей из капсулы, вокруг самого наружного трубопровода 23 размещен герметизирующий элемент, например резиновая прокладка 72.
В первом варианте осуществления изобретения второй трубопровод 23 соединен с атмосферой непосредственно или косвенно через отборный клапан 73 на втором свободном конце 26. В результате газ может удаляться непосредственно по трубопроводу 23, выходя в атмосферу. Клапан 73 может быть запорным клапаном, который обеспечивает избирательный проход для газа, но закрывает выход для жидкостей. Трубопровод 23 обеспечивает регулируемый выход газа, в зависимости от объема газа, содержащегося в емкости. Следует отметить, что газ, содержащийся в емкости, может быть воздухом, нейтральным газом, например углекислым газом, или азотом, или смесью этих газов.
Как видно на фиг.2, емкость 3 также может быть снабжена крышкой 28, которая соответствует чашкообразному корпусу 29 емкости. Герметизирующая мембрана 56 может уплотнять периферийный край 51 корпуса емкости, к которому клапан 19 может прикладывать запирающее усилие. Таким образом, герметизирующая мембрана покрывает крышку и делает емкость непроницаемой для газа и жидкости до прокалывания мембраны или удаления, в конечном счете, мембраны или ее открытия иным образом. На центробежном блоке может быть предусмотрен перфорирующий элемент 52, размещенный, предпочтительно, периферийно относительно центральной оси, чтобы обеспечивать прокалывание ряда выходных отверстий в мембране и давать возможность потоку напитка выходить из емкости. Крышка 28 может формировать небольшую периферийную кольцевую канавку 53 для сбора потока и его распределения к выходным проколотым отверстиям в мембране.
Несомненно, конструкция емкости может иметь много различных конфигураций, не отступая от объема настоящего изобретения. Например, крышка для поддержки мембраны не является обязательной.
На фиг.3 представлен другой вариант осуществления изобретения, в котором предусмотрен регулируемый клапан 70, обеспечивающий регулировку различных рабочих режимов средств 21 впрыскивания жидкости при выпуске газа, центрифугировании и центробежной сушке. Клапан 70, предпочтительно, является многоходовым клапаном. Клапан 70 может быть выполнен таким образом, чтобы его можно было перемещать в различные положения (выпуск газа, подача жидкости...) посредством соленоида или других подходящих средств.
В первом варианте, представленном на фиг.3, предварительное смачивание вещества выполняется в емкости при впрыскивании жидкости через первый трубопровод 21, находящийся в жидкостной связи непосредственно с контуром 4 для жидкости. При включении гидравлического насоса 7 вращательные приводные средства (двигатель) приводят емкость во вращение с относительно низкой скоростью v1 вращения. К примеру, скорость v1 вращения емкости составляет менее 200 об/мин. Во время этой фазы предварительного смачивания, клапан 70 активируется, например перемещается для соединения трубопровода 23 для выпуска газа, например, через промежуточную линию 77 коммуникации, с выходным отверстием 75 вентиля, сообщающимся с окружающей атмосферой. В конечном счете незначительное количество жидкости, смешанной с газом, может, быть выпущено посредством выходного отверстия 75 и сливается в емкость (не показано). Во время этой фазы объем емкости, который не занят веществом, предпочтительно, полностью заполняется жидкостью. Жидкость может начать увлажнение вещества и смешивание с ним, например с частицами кофе. Скорость вращения емкости является недостаточной для того, чтобы жидкость перемещала вещество или, по меньшей мере, чтобы создавалось достаточное давление жидкости, необходимое для открытия выпускного клапана 19.
После завершения предварительного смачивания проводится центробежная экстракция при вращении емкости с более высокой скоростью v2, как показано на фиг.4. Повышение скорости, таким образом, регулируется блоком управления по истечении заданного промежутка времени или после поступления в емкость заданного объема жидкости, измеренного расходомером 8.
Затем трубопровод 23 для выпуска газа закрывают и, регулируя клапан 70, например относительным перемещением, соединяют трубопровод 23 для выпуска газа с линией 76 подачи жидкости посредством стационарной промежуточной линии 77 коммуникации. При этой конфигурации жидкость подается этими двумя трубопроводам, а именно трубопроводом 21 средств 20 впрыскивания жидкости и трубопроводом 23. Вследствие более высокой скорости вращения емкости, например примерно от 4000 до 15000 об/мин, жидкость, входящая в емкость, принудительно проходит через вещество, которое за счет эффекта центрифугирования перемещается вдоль боковой стенки емкости. Формируется жидкий экстракт, который проходит через выходные отверстия емкости, и, создавая давление, заставляет выпускной клапан 19 открываться. Жидкий экстракт выталкивается к отражательной стенке 30 блока, затем собирается и распределяется. Следует отметить, что соединение трубопровода 23 для выпуска газа с линией 76 подачи жидкости посредством клапана может быть опущено, и трубопровод 23 может быть только закрыт. В случае если соединение трубопровода 23 с линией 76 подачи жидкости выполняется посредством клапана, это соединение может быть произведено после того, как расходомером был определен заданный объем жидкости. Точнее, контроллер получает от расходомера 8 сигналы 10 в виде импульсов относительно количества жидкости и контроллер, соответственно, активирует клапан. Активация клапана может быть произведена после того, как началась фаза экстракции при более высокой скорости, поскольку необходимо удалить остаточное количество газа после завершения фазы предварительного смачивания. В частности, остаточный газ, имеющий меньшую плотность, чем жидкость, будет, главным образом, оставаться в центре емкости, тогда как жидкость будет перемещаться к периферии под действием центробежных сил, в результате чего формируется газовый цилиндр в центре емкости, который может выводиться через трубопровод для выпуска газа. Когда средства впрыскивания жидкости подают жидкость по трубопроводу 23 для выпуска газа, трубопровод промывается от твердых частиц, которые, возможно, вошли в трубопровод. Поэтому вероятность того, что трубопровод может быть забит, в значительной степени уменьшается.
Активация клапана 70 может производиться только в зависимости от времени и не обязательно в зависимости от объема жидкости, определенного расходомером. В этом случае контроллер может активировать клапан по истечении заданного промежутка времени, например от начала работы насоса 7.
На последней фазе, как показано на фиг.5, приводные средства вращения приводятся в движение контроллером со скоростью v3, чтобы выполнить центробежную сушку вещества в емкости. Во время фазы центробежной сушки может быть установлена более высокая скорость, чем центробежная скорость v2 экстракции, например выше от 10 до 50%. При этом контроллер останавливает подачу насосом 7 жидкости, чтобы жидкость больше не поступала в емкость. Клапан 70 также активируется, чтобы прервать коммуникацию между линией 76 подачи жидкости и трубопроводом 21 для подачи жидкости. Выключение насоса происходит, предпочтительно, после того, как расходомером 8 был определен заданный объем жидкости, соответствующий объему чашки. Например, при приготовлении кофе эспрессо требуется, чтобы в емкость подавалось около 40 мл жидкости. В контроллере, как уставка, могут храниться данные по различным объемам жидкости, необходимой для приготовления напитков, а именно, например, 25, 40, 110 и 220 мл, что дает возможность приготавливать различные кофейные напитки (например, ристретто, кофе экспрессе, лунго, американо…).
Во время этой фазы трубопровод для выпуска газа снова соединяется клапаном 70 с выходным вентиляционным отверстием 75, чтобы воздух мог засасываться в емкость при перепаде давления, который создается в емкости под действием больших центробежных сил. Поскольку жидкость постепенно удаляется из емкости и подача жидкости в емкость прекращена, давление в емкости снижается и окружающий воздух засасывается в емкость в результате вакуумного эффекта. Таким образом, давление в емкости будет уравновешиваться до тех пор, пока вращение не остановится. Контроллер останавливает вращение емкости по истечении заданного промежутка времени.
Следует отметить, что устройство для приготовления напитка может содержать фильтр для частиц, помещенный в емкость и/или в средства для впрыскивания жидкости. На фиг.2 представлена емкость в виде капсулы одноразового использования, которая содержит фильтр 80, который помещен между объемом 22, содержащим вещества, и верхней поверхностью или мембраной 56. Фильтр, предпочтительно, представляет собой пористый участок с отверстиями, диаметр которых меньше среднего диаметра частиц ингредиентов пищевого продукта. Фильтрующий участок может быть жестким или упругим. Он может быть изготовлен из пористой пластмассы с небольшими отверстиями или разрезами, сетчатого материала, тканого, нетканого материала или бумажного фильтра. Фильтрующий участок расположен таким образом, что свободный монтажный объем 81 для введения участка трубопроводов 21, 23 средств впрыскивания жидкости отделяется от объема 22, содержащего частицы пищевого продукта. Таким образом, благодаря фильтру твердые частицы не могут загрязнять свободный монтажный объем 81 и, следовательно, входить в трубопроводы 21, 22. Следует отметить, что фильтр может быть установлен на входе 24 трубопровода 23 для выпуска газа и/или на входе 25 основного трубопровода 21 для подачи жидкости. Например, фильтр может быть участком из спеченного пористого материала. В других вариантах осуществления изобретения трубопровод для выпуска газа 21 может заканчиваться в емкости форсункой со многими тонкими выходными щелями, формирующими средства распределения воды так же, как и средства фильтрации частиц.
На фиг.6 представлен пример крышки 28 капсулы, показанной на фиг.2. В крышке имеется центральное углубление 81, снабженное рядом щелей 83, которые предназначены для того, чтобы задерживать твердые частицы в отсеке (объем 22) для ингредиентов капсулы. Щели 83 предназначены для фильтрации газа, выходящего из капсулы. По периферии крышки 28 имеется кольцевая канавка 53, содержащая второй ряд щелей 84, предназначенных для фильтрации жидкости, которая под действием центробежных сил выходит из капсулы. В результате, жидкость собирается в канавке 53 и выходит из капсулы через выходные отверстия и затем удаляется через выпускной клапан.
На фиг.7 показан вариант согласно настоящему изобретению, в котором фильтр 85 для частиц соединен непосредственно с трубопроводом 23 для выпуска газа. Например, фильтр в виде решетки, сетки или спеченного блока установлен на свободном конце или входном отверстии 24 трубопровода для выпуска газа.
На фиг.8 показан другой вариант устройства согласно настоящему изобретению. Устройство содержит емкость 3, например капсулу одноразового использования с дозой пищевого продукта, например молотого кофе, который будет экстрагироваться при помещении емкости в центробежный блок 2. На вращающейся плите 55, которая зацепляется с емкостью, предусмотрен выпускной клапан 19 для жидкости, который оказывает упругое давление на периферийный край 51 капсулы. Капсула содержит мембранную крышку 56, в которой перфорирующие средства 52 прокалывают выходные отверстия, формируя тем самым ряд выходных отверстий, например перфораций для жидкости, которая должна выйти из капсулы.
В центральной части плиты 55 предусмотрен трубопровод 21 для впрыскивания, чтобы горячая вода впрыскивалась в объем 22 капсулы через выходные отверстия 25 для впрыскивания. Трубопровод 23 для выпуска газа установлен концентрически относительно трубопровода 21 для подачи жидкости. Конец трубопровода для выпуска газа находится над верхней поверхностью, т.е. над мембранной крышкой капсулы, предпочтительно, на небольшом расстоянии. Жидкостной датчик 57 помещен на входе трубопровода для выпуска газа. Датчик соединен с блоком управления 12 (фиг.1) и может передавать данные о заполнении капсулы жидкостью блоку управления для выполнения регулировки, т.е. для увеличения скорости вращения центробежного блока 2. Если на конце трубопровода 23 предусмотрен регулирующий клапан (при необходимости), датчик может также передавать данные блоку управления о том, что капсула по существу заполнена жидкостью, и трубопровод 23 может быть закрыт.
Согласно отдельному аспекту изобретения герметизирующий элемент, например уплотнение или силиконовая прокладка 86, помещена на границе раздела между трубопроводом 21 для подачи жидкости и верхней поверхностью или мембраной крышкой 56 капсулы. Прокладка может быть соединена с мембраной 56 капсулы. В результате после впрыскивания жидкость не может просочиться под действием вращательных сил и, таким образом, байпасировать большую часть ингредиентов. Следует отметить, что герметизирующий элемент может быть частью трубопровода или частью капсулы, например может быть наклеен на мембрану. В настоящем варианте осуществления изобретения фильтр в капсуле не является необходимым, но может быть предусмотрен, чтобы уменьшить вероятность прохождения через мембрану 56 твердых частиц пищевого продукта.
Устройство работает следующим образом. Во время фазы предварительного смачивания блок приводится в движение с низкой скоростью вращения, и жидкость начинает заполнять капсулу по трубопроводу 21. Жидкость будет принудительно проходить через ингредиенты, при этом, газ, содержащийся в капсуле, будет выталкиваться через проколотые выходные отверстия в мембранной крышке на участках 52. Поскольку герметизирующая прокладка 86 создает уплотнение, то в основании трубопровода 21 для подачи жидкости не может выйти какая-либо жидкость. Напротив, газовый поток 88 будет проходить через проколотые в мембране выходные отверстия, и по проходу 87 между мембранной крышкой 56 капсулы и нижней поверхностью вращающейся плиты 55 принудительно будет выходить через трубопровод 23 для выпуска газа. Во время предварительного смачивания, так как скорость вращения капсулы небольшая, выпускной клапан 19 остается закрытым. Поэтому газ и жидкость могут пройти только к трубопроводу 23. После того как газ по существу удален из капсулы и поскольку капсула заполняется жидкостью, жидкость может пройти через периферийные выходы (перфорации) и войти в трубопровод 23. Когда жидкость входит в трубопровод, жидкостной датчик обнаруживает ее и блок управления подает команду на увеличение скорости вращения и/или на закрытие газовыпускного клапана (не показано). Поэтому на следующей фазе, т.е. фазе экстракции, капсула приводится во вращение с большей скоростью, например от 5000 до 16000 об/мин, в то время как вода продолжает поступать в капсулу через трубопровод 21 для подачи жидкости. Так как скорость вращения является достаточной для создания больших центробежных сил, центрифугируемая жидкость заставляет клапан 19 открываться. Таким образом, экстрагированная жидкость выпускается через разгрузочные средства, т.е. через клапан 19 в открытом положении, формируя кольцевой слой жидкости, выходящей с высокой скоростью к отражательной поверхности устройства, которая накапливается и направляется к сосуду для напитка. Несомненно, далее выше по ходу трубопровода 23 для выпуска газа может быть установлен жидкостной датчик, например в проходе 87. К примеру, датчик может являться датчиком, который измеряет электрические величины, например электрическое сопротивление, между иглой 25 и фиксированной точкой на внутренней поверхности вращающейся плиты 55.
В другом варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.9 и 10, устройство согласно настоящему изобретению содержит средства выпуска газа, которые закрываются под действием центробежных сил. Поэтому, когда в процессе приготовления напитка повышается скорость вращения, клапан закрывает трубопроводы. Конкретнее, во вращающейся плите 55 предусмотрен ряд трубопроводов 90, 91 для выпуска газа, чтобы газ, выходящий из емкости 3, после прохождения выходных перфораций 92, 93, выполненных в мембране 56, мог быть удален. Поскольку во время этой фазы выпускной клапан 19 остается закрытым, газ будет свободно выходить через трубопроводы 90, 91. Трубопроводы, к тому же, взаимодействуют с герметизирующими элементами 94, 95, например с резиновыми прокладками. При открытии трубопроводов герметизирующие элементы занимают положение в посадочных местах 96, 97, как показано на фиг.9, при закрытии трубопроводов под действием усилия герметизирующие элементы могут перемещаться, например выходить из посадочных мест 96, 97, как показано на фиг.10. Переход из первого положения во второе положение происходит, когда скорость вращения превышает определенное пороговое значение, вызывающее деформацию герметизирующих элементов. При этом герметизирующие элементы расширяются наружу в аксиальном направлении трубопроводов. Как только скорость вращения снижается или вращение прекращается, герметизирующие элементы возвращаются в свое исходное положение в посадочных местах 96, 97. Поскольку клапаны могут автоматически регулироваться, переходя в открытое/закрытое положение при регулировке скорости вращения емкости 3, конструкция устройства может быть упрощена.
Далее будет описываться другой способ изобретения со ссылкой на фиг.11-14. Устройство имеет модуль 124, в который может быть вставлена капсула.
Капсула содержит пищевой продукт для приготовления напитка, и после использования капсулу удаляют из модуля с последующей сдачей в утиль (например, в качестве лома или для переработки органического и неорганического сырья). Модуль 124 находится в жидкостной связи с системой водоснабжения, например водным резервуаром 125. В контуре 127 для жидкости между модулем и системой водоснабжения предусмотрены средства транспортировки жидкости, например нагнетательный насос 126, к примеру центробежный насос. Кроме того, в контуре для жидкости предусмотрен водяной нагреватель 128 для нагрева воды до ее поступления в модуль. Для нагрева питьевой воды, поступающей из емкости, в контуре для жидкости может быть установлен водяной нагреватель (или, альтернативно, может присутствовать емкость для воды), который в этом случае служит водяным котлом. Несомненно, вода может также быть получена непосредственно из внутреннего водоснабжения посредством подсоединения к водопроводному крану.
Вода может подаваться в модуль 124 при низком давлении или даже при гравитационном давлении.
Например, во входном отверстии модуля для воды предусмотрено превышение атмосферного давления, предпочтительно, менее чем на 2,5 бар, например от 0 до 2,0 бар.
Модуль 124 для приготовления напитка может содержать две основные подсборки 129, 130, полностью закрывающие капсулу, а именно подсборку для впрыскивания воды и подсборку для получения жидкого напитка. Эти две подсборки формируют позиционирующие и центрирующие средства для центрифугирования капсулы относительно оси вращения I в устройстве.
Эти две подсборки закрываются вместе, чтобы полностью закрыть капсулу, например соединительным устройством 131 штифтового типа. Подсборка 130 для получения жидкого напитка содержит трубку 132 для жидкости, например выступающую из подсборки, чтобы направлять центрифугируемую жидкость, выходящую из капсулы к приемной емкости, например чашке или стакану. Трубка для жидкости соединена с приемником 133 для жидкости, формирующим цилиндрическую стенку на небольшом расстоянии от вращающегося барабана 134, в который вставлена капсула 120, как показано на фиг.12. Приемник для жидкости определяет промежуточную впадину 163 для накопления жидкости, как будет объясняться ниже в описании. Под подсборкой 130 для получения жидкого напитка помещены средства приведения во вращение в подсборке барабана 134, вмещающего капсулу.
Приводные средства содержат, предпочтительно, роторный двигатель 140, который может приводиться в действие электроэнергией или энергией газа.
Подсборка для впрыскивания воды содержит сторону с входным отверстием для воды, в частности с входным отверстием 135 для воды, находящимся в жидкостной связи с водяным контуром 127 выше по ходу.
На фиг.12 представлен вращающийся барабан 134, сформированный как полый держатель капсулы с впадиной 136 внутри, сопрягающейся с вмещаемой капсулой. Вращающийся барабан 134 продолжается аксиально вращающимся валом 137, который способен вращаться относительно внешней опоры 138 приемника 133 жидкости во вращающемся направляющем устройстве 139, подобном шарикоподшипнику или игольчатому подшипнику. Поэтому вращающийся барабан разработан с возможностью вращения вокруг центральной оси I, тогда как внешняя опора 138 приемника закреплена в устройстве. Приемник 133 для жидкости может быть закреплен на корпусе 143 двигателя 140, к примеру болтами 144. Механическое сцепление 141 размещено на границе раздела между вращающимся валом 137 барабана и валом 142 двигателя 140. На фиг.13 и 14 представлена подсборка 129 для впрыскивания воды, которая содержит центрально размещенный водяной инжектор 145, который закреплен в устройстве вдоль продольной оси I устройства. Водяной инжектор содержит центральный трубчатый элемент 146 для транспортировки воды от области 135 входного отверстия к выходному отверстию 147 для воды, который должен входить внутрь корпуса 114 капсулы 120. Выходное отверстие 147 для воды формируют средства 148 прокалывания, например острый трубчатый наконечник, который может прокалывать отверстие 115 в покрывающей фольге 135 капсулы и, в конечном счете, в хрупком участке внутреннего элемента 180, содержащего отверстия или щели для фильтрации вещества в корпусе.
Вращающийся зацепляющий базовый элемент 149 для капсулы способен вращаться относительно водяного инжектора. Вращающийся зацепляющий капсулу базовый элемент 149 имеет центральное отверстие 150 для вмещения водяного инжектора 145, в частности перфорирующего трубчатого элемента 146, и вращательное направляющее устройство, например шариковый или игольчатый подшипник 151, помещенный между базовым элементом 149 и инжектором 145.
Кроме того, зацепляющий капсулу базовый элемент 149 на своем дискообразном зацепляющем основании содержит выступающие прокалывающие элементы 152, 153, которые прокалывают выходные отверстия. Прокалывающие элементы 152, 153 могут быть небольшими цилиндрическими участками" со скошенными режущими поверхностями, способными прорезать или перфорировать небольшие отверстия в герметичной фольге 135 капсулы.
Прокалывающие элементы размещены по периферийной поверхности зацепляющего капсулу базового элемента и распределены, предпочтительно, равномерно, чтобы обеспечить несколько отверстий в капсуле для выхода центрифугируемой жидкости из капсулы с формированием нескольких потоков жидкости. Прокалывающие элементы обеспечивают связь базового элемента 149 с капсулой, давая возможность приводить капсулу во вращение вместе с базовым элементом. Согласно одному аспекту изобретения подсборка 129 для впрыскивания воды, к тому же, включает клапанную систему 156, регулирующую поток напитка, который выгружается из устройства. Клапанная система 156 может быть размещена вокруг вращающегося зацепляющего базового элемента 149 в виде кольцевого зацепляющего участка 157, который смещается под действием усилия упругих нагружающих средств 158, например пружин сжатия. Кольцевой зацепляющий участок 157 включает нажимную периферийную поверхность 159, которая прикладывает запирающее усилие к периферийному ободу 168 капсулы, чтобы под действием упругих нагружающих средств ограничить поток жидкости. Зацепляющий участок 157 смещается пружиной на ободе капсулы упругими нагружающими средствами 158, вставленными в пространство между кольцевым зацепляющим участком 157 и участком 160, закрепленным на зацепляющем базовом элементе. Поэтому в исходном положении зацепляющий участок 157 клапанного устройства под сжимающим действием упругих нагружающих средств 158 поддерживает отверстия на ободе капсулы закрытыми.
Согласно одному из аспектов изобретения предусмотрены динамические герметизирующие средства 161 на границе раздела между водяным инжектором 145 и зацепляющим капсулу базовым элементом 149. Динамические герметизирующие средства могут принять форму свободного зазора 162 между перфорирующим трубчатым элементом 148 и отверстием 150 базового элемента. Предпочтительно зазор является резьбовым, образующимся при вращении базового элемента.
Таким образом, динамические герметизирующие средства разработаны, чтобы обеспечить выход газа, содержащегося в капсуле. Когда капсула прокалывается водяным инжектором, газ может выйти через зазор, например резьбовой, который является достаточно большим для прохождения молекул газа. Газ, содержащийся в капсуле, может быть газом, первоначально содержащимся непосредственно в веществе, например углекислым газом в кофе, и/или нейтральным газом, например азотом, заполнившим капсулу перед закрытием. Поскольку вода начинает заполнять капсулу, газ вытесняется через проколотое входное отверстие для воды и выходные отверстия капсулы для напитка. Поскольку клапанные средства 156 под определенным пороговым давлением закрывают проход к углублению 163 для накопления напитка, газ не имеет возможности пройти через клапанные средства 156. Поэтому газ имеет тенденцию выходить через входное отверстие 115, проколотое в фольге капсулы и затем через промежуток 162 в направлении А. Когда во время операции центрифугирования зацепляющий капсулу базовый элемент 149 вместе с капсулой 120 приводится во вращение, резьба 162 в отверстии располагается спирально, отталкивая, таким образом, жидкость обратно к капсуле в направлении В. Импульс, создающийся в жидкости в резьбовом промежутке при вращении вращающегося зацепляющего капсулу базового элемента, превышает импульс, созданный в жидкости насосом, вследствие чего уровень жидкости принудительно поддерживается ниже уровня выхода 163 в верхней части вращающегося зацепляющего капсулу базового элемента 149. Поэтому герметизирующие средства могут быть определены как «динамические», так как их эффективность при герметизации жидкости зависит от вращающего момента, созданного устройством.
Между поверхностью капсулы, т.е. закрывающей фольгой 135, и вращающимся зацепляющим капсулу базовым элементом могут быть предусмотрены дополнительные герметизирующие средства 164. Герметизирующие средства 164, могут быть связаны с поверхностью базового элемента любыми подходящими средствами соединения, например клеем или другими средствами. Эти герметизирующие средства являются, предпочтительно, герметизирующими средствами, которые прикладывают осевое уплотняющее усилие к поверхности капсулы, что препятствует протечки жидкости на поверхность капсулы в центробежном направлении С. Поэтому, эти герметизирующие средства также предотвращают байпас воды или жидкости по внешней поверхности капсулы в направлении углубления 163 устройства для накопления напитка. Предпочтительно средства контактного уплотнения размещают, как можно ближе, к водяному инжектору, чтобы минимизировать контакт жидкости с внешними поверхностями капсулы. Средства контактного уплотнения могут быть деталью из резинового упругого материала, например резиновым или силиконовым уплотняющим кольцом.