СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СОДЕРЖАЩЕЙСЯ В КАПСУЛЕ ПИЩЕВОЙ ЖИДКОСТИ ПУТЕМ ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF PREPARING FOOD LIQUID CONTAINED IN CAPSULE BY CENTRIFUGATION AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к устройству и капсульной системе для приготовления пищевой жидкости из содержащегося в контейнере пищевого вещества путем пропускания через это вещество воды с помощью центробежных сил.
Известен способ приготовления напитков, в котором смесь, состоящая из приготовленного кофе и кофейного порошка, разделяется с помощью центробежных сил. Такая смесь получается при контакте горячей воды и кофейного порошка в течение ограниченного времени. Затем вода продавливается через сетчатый фильтр, на котором присутствует порошок.
В существующих устройствах кофейный порошок помещают в приемную емкость, которая обычно является несъемной частью машины, как, например, описано в ЕР 0367600 В1. Такие устройства имеют множество недостатков. Во-первых, кофейный порошок должен дозироваться в приемную емкость вручную. Во-вторых, отходы кофе после центрифугирования становятся сухими и должны соскабливаться для удаления с поверхности приемной емкости. В результате приготовление кофе требует значительных усилий и занимает много времени. Кроме того, свежесть кофе может быть разной, что может влиять на качество готового напитка в чашке, поскольку кофе, как правило, поступает из оптовой упаковки или мелется из зерен в самой приемной емкости.
Кроме того, качество готового напитка в чашке может сильно зависеть от выполняемой вручную дозировки кофе и условий его приготовления (например, скорости центрифугирования и размера приемной емкости).
В результате такие системы никогда не достигали большого коммерческого успеха.
В документе DE 102005007852 описана машина, содержащая съемный держатель, в который вставляется открытая чашеобразная часть контейнера, при этом другая часть или крышка присоединены к приводному валу машины. Однако эта машина также имеет недостаток, заключающийся в трудоемкости. Другим недостатком является сложность управления качеством кофе вследствие недостаточных возможностей для регулирования дозировки порошка и отсутствия контроля свежести кофейного порошка.
Другие устройства для приготовления кофе с использованием центробежных сил описаны в WO 2006/112691, FR 2624364, ЕР 0367600, GB 2253336, FR 2686007, ЕР 0749713, DE 4240429, ЕР 0651963, FR 2726988, DE 4439252, ЕР 0367600, FR 2132310, FR 2513106, FR 2487661, DE 3529053, FR 2535597, WO 2007/041954, DE 3529204, DE 3719962, FR 2685186, DE 3241606 и US-A-4545296.
Применение центробежных сил при приготовлении кофе или других пищевых продуктов имеет множество преимуществ по сравнению с обычными способами приготовления типа «эспрессо», использующими насосы высокого давления. В способах приготовления типа «эспрессо» очень трудно управлять всеми параметрами, влияющими на качество экстракции кофе. Такими параметрами обычно являются: давление, расход, который уменьшается с падением давления, уплотнение кофейного порошка, которое также влияет на характеристики потока и которое зависит от размера частиц молотого кофе, температура, распределение расхода воды и так далее.
Таким образом, существует потребность в создании новой системы, в которой используются капсулы, и способа, в котором применяется указанная система, которые позволяют более эффективно и более независимо управлять параметрами экстрагирования, обеспечивая удобное управление качеством конечной приготавливаемой жидкости.
В то же время имеется потребность в более удобном способе, по сравнению с известными способами, в которых применяются центробежные устройства, обеспечивающем лучшее качество готового напитка с более эффективным контролем таких важных для качества параметров, как свежесть и дозировка в приемную емкость.
Изобретение относится к устройству для приготовления жидких пищевых продуктов из пищевого вещества, содержащегося во вставленной в устройство сменной одноразовой капсуле, путем пропускания через вещество воды с помощью центробежных сил, при этом устройство содержит инжекционную головку для впрыска воды в капсулу и держатель капсулы. Согласно изобретению вдоль центральной оси держателя капсулы установлено средство впрыска воды, являющееся частью инжекционной головки, соосно центральной оси держателя капсулы расположено средство приведения держателя капсулы во вращение вокруг его оси (I), а также имеется по меньшей мере одно средство открывания для образования в капсуле по меньшей мере одного выпускного отверстия для жидкости, смещенного относительно центральной оси держателя капсулы.
В одном из вариантов осуществления изобретения средство открывания для образования выпускного (выпускных) отверстия (отверстий) для жидкости является по меньшей мере одним прокалывающим, и/или режущим элементом, и/или прожигающим элементом.
В частности, инжекционная головка для впрыска воды содержит неподвижное средство впрыска воды и поворотный зацепляющий элемент, предназначенный для плотного зацепления капсулы с ее держателем. Таким образом, в процессе центрифугирования капсулы в устройстве зацепляющий элемент вращается, находясь в сцеплении с держателем капсулы.
В одном из вариантов осуществления изобретения средство открывания выпускного отверстия (отверстий) для жидкости, например прокалывающие элементы или другие устройства, может быть частью элемента поворотного зацепления инжекционной головки.
Средство открывания выпускного отверстия для жидкости, например прокалывающие элементы или другие устройства, может быть частью держателя капсулы.
В одном из вариантов осуществления изобретения средство открывания представляет собой ряд средств открывания, например, прокалывающих элементов или других устройств, распределенных по существу вдоль окружности вокруг центральной оси.
Средство открывания, например прокалывающие элементы, может зацеплять капсулу для передачи вращающего момента от устройства к капсуле.
В первом варианте осуществления изобретения открывающие элементы, например прокалывающие элементы, могут быть установлены в устройстве таким образом, чтобы прокалывать в капсуле выпускное (выпускные) отверстие (отверстия) при закрывании устройства вокруг капсулы. В частности, открывающие элементы устанавливаются на поворотном зацепляющем элементе или держателе капсулы для вскрытия капсулы, например, с целью прокалывания в капсуле входного (входных) отверстия (отверстий) для жидкости во время взаимного зацепления или запирания вокруг капсулы поворотного зацепляющего элемента и держателя капсулы. Например, прокалывающие элементы выступают относительно поверхности инжекционной головки, чтобы прокалывать капсулу, когда головка приближается к капсуле и входит с ней в контакт.
Предпочтительно ряд прокалывающих элементов включает в себя по меньшей мере четыре элемента для образования на периферии капсулы по меньшей мере четырех небольших выпускных отверстий для жидкости. Прокалывающие элементы могут быть распределены через угловые интервалы в 90°, обеспечивая однородность подачи жидкости на периферии капсулы.
Прокалывающие элементы могут входить в зацепление с капсулой, передавая тем самым вращающий момент капсуле.
В другом варианте осуществлении изобретения открывающие элементы выполнены с возможностью образования в капсуле выпускного (выпускных) отверстия (отверстий) для жидкости после заполнения капсулы некоторым количеством воды.
Капсула может содержать прокалываемую мембрану из алюминия и/или полимерных материалов. В частности, прокалываемая мембрана может иметь толщину от 10 до 200 мкм.
Средство впрыска воды также может содержать средство открывания, например прокалывающий элемент. Этот прокалывающий элемент может быть выполнен в виде полой трубки, предназначенной для впрыска воды в середину капсулы.
Диаметр прокалывающего элемента средства впрыска не превышает 5 мм, предпочтительно он составляет 0,9-2,9 мм. Фактически, давление в капсуле увеличивается от центра к периферии. Давление воды в центре может быть близко к нулю, но постепенно увеличивается в направлении наружу, поэтому малый диаметр средства впрыска обеспечивает малый размер впускного отверстия в капсуле для снижения давления на впускной стороне капсулы.
Привод держателя капсулы может быть непосредственно присоединен к держателю капсулы или может быть соединен с ним опосредованно. Прямое соединение с держателем капсулы может быть обеспечено узлом вращательного привода, содержащим вращательный двигатель и трансмиссию, соединяющую двигатель с нижней частью держателя капсулы. Трансмиссия может содержать понижающую или повышающую зубчатую передачу с подходящим передаточным числом, соответствующим частоте вращения двигателя. Опосредованное соединение с держателем капсулы может быть осуществлено путем передачи вращающего момента от инжекционной головки к держателю капсулы. В этом случае приводная трансмиссия узла вращательного привода присоединяется напрямую к верхней стороне инжекционной головки, в частности к поворотному зацепляющему элементу головки.
Устройство согласно изобретению может вмещать капсулы, выполненные из жестких, полужестких и/или из мягких материалов. Капсула может быть изготовлена из таких материалов, как пластмасса, алюминий, из материалов на основе целлюлозы или других поддающихся биологическому разложению материалов и их комбинаций. Предпочтительно наружная стенка капсулы выполнена в виде прокалываемой мембраны. Мембрана может образовывать закупоривающую крышку, накрывающую чашеобразный корпус, который вмещает пищевое вещество, используемое для приготовления напитка.
В одном из вариантов осуществления изобретения по потоку после средства открывания по меньшей мере одного выпускного отверстия в капсуле установлено клапанное устройство. Клапанное устройство может содержать уплотнительное кольцо и упругое средство для плотного упругого контакта кольца с периферийной частью, например кромкой, капсулы.
Кроме того, изобретение относится к способу приготовления пищевой жидкости из содержащегося в одноразовой капсуле пищевого вещества путем пропускания через вещество воды, включающему этапы, на которых:
- приводят капсулу во вращение и одновременно вводят воду в середину капсулы,
- пропускают воду через вещество для образования пищевой жидкости,
- образуют в капсуле по меньшей мере одно выпускное отверстие для жидкости, смещенное в периферийном направлении относительно центра капсулы и предназначенное для выпуска жидкости.
В указанном способе по меньшей мере одно выпускное отверстие для жидкости может быть образовано прокалыванием капсулы в устройстве. Таким образом, капсула может быть закупорена газонепроницаемым образом и содержать такие ингредиенты, как молотый кофе, быстрорастворимый кофе, листовой чай, какао, шоколад, компонент, образующий сливки, подсластитель и их комбинации, которые могут сохраняться в условиях защитной атмосферы в течение длительного периода времени. Таким образом, капсула вскрывается при использовании в устройстве.
Согласно одному из вариантов осуществления способа по меньшей мере одно выпускное отверстие для жидкости выполняют прокалыванием закупоривающей мембраны капсулы. Мембрана может быть выполнена из пластмассы и/или металла.
В одном из вариантов осуществления изобретения по меньшей мере одно входное отверстие выполняют с помощью механического прокалывающего воздействия на капсулу, например, с помощью имеющегося в устройстве внешнего прокалывающего средства, перемещаемого относительно капсулы.
В этом случае прокалывание выполняется, когда капсула вставляется в устройство, под воздействием, например, охватывающего капсулу устройства.
Согласно способу вода вводится в капсулу через отверстие размером менее 5 мм, предпочтительно от 0,9 до 2,9 мм. Как упоминалось выше, предназначенное для снижения давления жидкости внутри капсулы и расположенное на впускной стороне капсулы впускное отверстие для воды предпочтительно является достаточно небольшим, и вследствие этого позволяет избежать проблем, связанных с утечками.
Предпочтительно после прокалывания в центре капсулы впускного отверстия для воды вода вводится в середину капсулы.
Согласно изобретению выходящая из капсулы пищевая жидкость проходит через средство ограничения потока, которое может обеспечивать перепад давления во время центрифугирования не менее 0,5 бар. Предпочтительно средство ограничения потока обеспечивает перепад давления во время центрифугирования от 1 до 6 бар, а наиболее предпочтительно - от 1,5 до 4 бар. Ограничение потока на пути течения центрифугируемой жидкости позволяет управлять выходом центрифугируемой жидкости для улучшения взаимодействия воды с веществом внутри капсулы, а также обеспечивает образование пены благодаря сбросу давления и сдвиговым напряжениям, возникающим при ограничении потока. В частности, средство ограничения потока обеспечивает поддержание давления в несколько бар на периферии камеры и замедляет выход жидкости.
Выходящая из капсулы жидкость открывает клапан, срабатывающий при приложении к нему некоторого определенного давления со стороны жидкости. Клапан также регулирует поток жидкости, что снижает риск блокирования малых выпускных отверстий имеющимися в капсуле частицами небольших размеров, например мелкими частицами кофе, особенно при относительно невысоких величинах давления.
Клапан может быть частью капсулы или может быть частью устройства.
В результате в системе согласно изобретению решены задачи приготовления пищевой жидкости с осуществлением управляемого ее выпуска. Например, выпуск жидкости может задерживаться до того момента, пока к клапанному средству не будет приложено некоторое определенное давление. Открытие клапанного средства с запаздыванием позволяет улучшить взаимодействие воды с содержащимся в капсуле веществом, а также снижает риск блокирования потока в капсуле.
Например, в случае кофе может быть предпочтительной оптимизация взаимодействия воды с частицами молотого кофе для обеспечения хорошей экстракции кофе и ароматических соединений. Кроме того, клапанное средство обеспечивает сужение, которое может улучшить создание пены.
Клапанное средство может быть образовано по меньшей мере одним участком зацепления устройства, который перемещается относительно участка зацепления капсулы под действием давления жидкости с образованием тонкого кольцевого прохода для жидкости. Проход в виде тонкой щели также обеспечивает создание ударяющейся о стенку устройства струи жидкости с относительно высокой скоростью. В результате может быть получено относительно большое количество пены, создаваемой как благодаря образуемому клапанным средством сужению, так и вследствие относительно высокой скорости воздействия жидкости на поверхность устройства во время центрифугирования. В зависимости от величины давления, прилагаемого к клапанному средству центрифугируемой жидкостью, образуемое клапанным средством сужение может также различаться по величине.
Клапанное средство может быть откалибровано или отрегулировано так, чтобы выборочно открывать проход для жидкости при достижении в капсуле порогового давления.
Выходящая из капсулы жидкость также может быть отфильтрована с помощью расположенного в капсуле фильтрующего средства. Такая конструкция имеет много преимуществ, так как устройство упрощается, а фильтр не требует очистки, поскольку выбрасывается вместе с капсулой.
Термин «пищевая жидкость» имеет здесь широкое толкование и охватывает: кулинарные жидкости, такие как суп или соус, жидкости для питья, такие как экстракт кофе (полученный из молотого и/или быстрорастворимого кофе), жидкий шоколад, молоко (полученное из порошка и/или жидкого концентрата), экстракт чая (полученный из растворимого и/или листового чая) и т.д., или же питательные жидкости, такие как смесь для питания младенцев, и их комбинации.
Термины «приготовление напитка» или «приготовленный напиток» не должны восприниматься в узком смысле экстрагирования жидкости под давлением из нерастворимого вещества (такого, как молотый кофе или листовой чай), но должны употребляться в более широком смысле - как способы, охватывающие взаимодействие пищевого вещества и жидкости, предпочтительно воды, включая экстракцию, настаивание, адсорбцию, растворение, разбавление, диспергирование, смешивание, эмульгирование, вспенивание и т.п.
Термин «прокалывание» должен восприниматься в его широком понимании, как включающий механическое и/или тепловое воздействие для образования сквозного отверстия в стенке капсулы.
Изобретение будет более подробно представлено со ссылкой на чертежи.
На фиг.1 показана капсула согласно изобретению, вид в перспективе;
на фиг.2 - капсула согласно изобретению, вид в перспективе снизу;
на фиг.3 - сечение капсулы согласно изобретению без закупоривающей фольги;
на фиг.4 - капсула согласно изобретению со снятой закупоривающей фольгой, вид в перспективе;
на фиг.5 - крышка капсулы согласно изобретению, вид в перспективе сверху;
на фиг.6 - крышка капсулы по фиг.4, вид в перспективе снизу;
на фиг.7 - устройство для приготовления напитков согласно изобретению, вид в перспективе;
на фиг.8 - открытый модуль для приготовления напитков, вид в перспективе;
на фиг.9 - закрытый модуль для приготовления напитка с капсулой, вид в разрезе по линии «А-А» на фиг.8;
на фиг.10 - фрагмент изображения на фиг.9 в увеличенном масштабе;
на фиг.11 - узел впрыска воды модуля, изображенного на фиг.9 и 10;
на фиг.12 - модуль для приготовления напитка, подобного показанному на фиг.9, но относящегося к другому варианту осуществления изобретения;
на фиг.13 - фрагмент изображения на фиг.12 в увеличенном масштабе;
на фиг.14 - вариант выполнения капсулы согласно изобретению, вид в сечении;
на фиг.15 - крышка капсулы, показанной на фиг.14, вид в перспективе снизу;
на фиг.16 - капсула согласно другому варианту осуществления изобретения, вид в сечении в перспективе;
на фиг.17 - капсула, изображенная на фиг.16, вид в сечении;
на фиг.18 - капсула согласно еще одному варианту осуществления изобретения, вид в сечении.
Как показано на фиг.1 и 2, капсула 1 согласно изобретению содержит чашеобразный корпус 2, закупоренный фольгой 3. Закупоривающая фольга 3 прикреплена к кромке 4 закупориваемого кольцевого участка 5 корпуса. Кромка 4 может выступать за пределы корпуса, образуя небольшой кольцевой участок шириной, например, около 2-5 мм. Чашеобразный корпус содержит дно 6 и боковую стенку 7, которая предпочтительно расширяется в направлении открытого конца корпуса, противоположного дну. Чашеобразный корпус предпочтительно является жестким или полужестким. Он может быть выполнен из пластмассы, пригодной для пищевых продуктов, например полипропилена с газонепроницаемым слоем из, например, сополимера этилена и винилового спирта и другого подобного материала, или из алюминиевого сплава, или составного материала из пластмассы и алюминиевого сплава. Закупоривающая фольга 3 может быть изготовлена из более тонкого материала, такого как слоистая пластмасса, также включающего барьерный слой или алюминиевый сплав, или комбинацию пластмассы и алюминиевого сплава. Закупоривающая фольга обычно имеет толщину от 50 до 250 мкм. Закупоривающий элемент из фольги может быть проколот, чтобы получить впускное отверстия для воды и выпускное (выпускные) отверстие (отверстия) для напитка, как описано далее.
В вариантах осуществления изобретения, показанных на фиг.3-6, капсула содержит внутренний элемент, образующий крышку 8, вставленную в чашеобразный корпус. Крышка 8 и корпус 2 образуют внутреннюю камеру 14 для пищевого продукта 22. Предпочтительно центральная ось А является осью симметрии капсулы. Однако поперечное сечение капсулы не обязательно является круглым, оно может иметь и другую форму, например форму квадрата или многоугольника. Показанная на фиг.5 и 6 крышка 8 может представлять собой пластмассовый диск, содержащий центральный участок 9 и периферийный участок 10. Центральный участок может быть по существу плоским и иметь впускное отверстие 11, обеспечивающее введение средства впрыска воды устройства для приготовления напитков. С внутренней стороны 12 крышки впускное отверстие может выступать в виде трубчатого входного участка 13, направляющего воду к дну корпуса и обеспечивающего полное смачивание находящегося в камере вещества с уменьшением риска сохранения, например, «пятен сухого порошка». Предпочтительно впускное отверстие закрыто разрушаемой или прокалываемой закупоривающей частью 15. Эта часть не допускает заполнения содержащимся в камере веществом промежутка между верхней поверхностью крышки и закупоривающей фольгой. Крышка, кроме того, содержит периферийный участок 10 с накопительной выемкой 16. Накопительная выемка имеет в поперечном сечении U-образную форму, открытую в направлении закупоривающей фольги (фиг.3). Предпочтительно выемка непрерывно продолжается по периферии крышки, хотя она может быть заменена несколькими углубленными участками, которые могут разделяться, например, усиливающими элементами или стенками. Накопительная выемка содержит внутренний периферийный участок стенки 17, в котором выполнен ряд выходных отверстий 18, образующих сообщение по жидкости между камерой 14 и накопительной выемкой 16.
Выходные отверстия также обеспечивают ограничение потока центрифугируемой жидкости в камере. Центрифугируемая жидкость вынуждена проходить через отверстия, размеры которых могут устанавливаться в зависимости от типа приготавливаемого напитка. Например, для экстракта кофе «эспрессо» или «ристретто» предпочтительны более мелкие отверстия, чем для кофе «лунго» или «американо». При одинаковой частоте вращения более мелкие отверстия обеспечивают более высокое сопротивление прохождению центрифугируемой жидкости, которая в результате остается в капсуле более длительное время. Как следствие, взаимодействие между водой и кофейными частицами оказывается более интенсивным, и жидкость может в большей степени насытиться сухими веществами кофе.
Как показано в этом примере, отверстия могут быть щелями или прорезями, распределенными по внутреннему периферийному участку стенки 17. Например, количество щелей может быть от 5 до 200, предпочтительно от 10 до 100. Предпочтительно ширина этих щелей меньше среднестатистического размера частиц вещества. Например, для молотого кофе щели имеют ширину менее 500 мкм. В случае необходимости щели могут быть расположены на центральном участке 9 или на дне выемки 16. Щели могут быть заменены отверстиями круглого сечения, диаметр которых меньше среднестатистического размера частиц вещества.
Накопительная выемка 16 образует периферийную кольцевую канавку небольшой глубины, например, от 2 до 10 мм, обеспечивающую возможность введения прокалывающих элементов через закупоривающую фольгу с целью образования выпускных отверстий для приготовленной жидкости, получаемой в капсуле, как описано далее. Накопительная выемка открыта вверх по направлению к закупоривающей мембране. Кроме того, накопительная выемка 16 содержит внешний периферийный участок 19, образующий кромку, опирающуюся на посадочный участок 20 чашеобразного корпуса. Внешний участок 19 может соединяться с посадочным участком 20 посредством более или менее плотного зацепления. Для обеспечения дополнительного закупоривания, предохраняющего от возможного попадания жидкости в пространство между крышкой и внутренней поверхностью корпуса капсулы, от выемки может выступать дополнительный закупоривающий участок 21, продолжающийся по внутренней поверхности боковой стенки корпуса в направлении дна чашеобразного корпуса. Разумеется, углубленное накопительное средство может иметь различные формы. Например, выемка 16 может быть образована крышкой 8 и боковой стенкой 7 чашеобразного корпуса (как показано на фиг.13). В этом случае внешний периферийный участок 19 может отсутствовать.
Как показано на чертежах, ряд выходных отверстий, например щели 18, предпочтительно расположены на расширяющейся относительно центральной оси А части камеры или рядом с ней, поэтому центрифугируемая жидкость будет стремиться проходить вдоль внутренней поверхности боковой стенки корпуса вплоть до внутренней стороны 12 крышки и затем выходить сквозь щели. Крышка 8 полностью закрыта закупоривающей фольгой 3, когда та наклеена на кромку чашеобразного корпуса. Закупоривающая фольга также может закрывать только накопительную выемку, включая область щелей.
Следует отметить, что крышка 8 может быть жестким или полужестким элементом, изготовленным из пластмассы горячим формованием или литьем под давлением. Однако эта часть может также изготавливаться из гибкой мембраны, прикрепляемой к внутренней поверхности чашеобразного корпуса.
Кроме того, в камере напротив внутренней поверхности 12 крышки может быть расположена фильтрующая стенка. Фильтрующая стенка может обеспечивать улучшенную фильтрацию, например, в случае вещества с малым размером частиц или для задержки выпуска центрифугируемой жидкости из камеры, создавая более значительный перепад давления. Фильтрующая стенка может быть бумажным фильтром или тонкой полимерной пленкой, наклеиваемой на поверхность 12 крышки.
Крышка может просто вставляться в чашеобразный корпус или закрепляться с помощью любого средства соединения, например, ультразвуковой сваркой.
Далее описана показанная на фиг.7 и 8 система, содержащая капсулу согласно изобретению и устройство для приготовления напитков.
Система содержит капсулу 1 и устройство 23 для приготовления напитков. Устройство имеет модуль 24, в который может быть вставлена капсула. Капсула содержит пищевое вещество, используемое для приготовления напитка, причем после использования капсула удаляется из модуля для утилизации (например, в отходы или на переработку органического и неорганического сырья). Модуль 24 сообщен по жидкости с источником воды, например, с резервуаром 25. В системе 27 циркуляции жидкости между модулем и источником воды имеется устройство для транспортировки жидкости, например насос 26. Кроме того, в системе циркуляции жидкости имеется водонагреватель 28, предназначенный для подогрева воды до ее поступления в модуль. Водонагреватель может быть введен в систему циркуляции жидкости для нагревания свежей воды, поступающей из резервуара или, как вариант, может находиться в резервуаре для воды, который в этом случае становится водогрейным котлом. Разумеется, вода также может поступать непосредственно из водопровода через соединение с водопроводным краном.
Вода может подаваться в модуль 24 для приготовления напитка при низком давлении или даже под действием силы тяжести. Например, на входе в модуль давление воды может превышать атмосферное давление на величину от 0 до 2 бар. При использовании нагнетательного насоса, например поршневого, вода может также подаваться и при давлении, превышающем 2 бар.
Модуль 24 для приготовления напитков может содержать два основных заключающих в себе капсулу узла 29 и 30, главным образом содержащих узел впрыска воды или инжекционную головку и узел получения жидкости, содержащий держатель капсулы. Эти два узла образуют средства установки и центрирования капсулы в устройстве.
Эти два узла соединены друг с другом соединительной системой 31 байонетного типа, заключая в себе капсулу. Узел 30 получения жидкости содержит трубку 32 для жидкости, выступающую, например, со стороны этого узла и предназначенную для отвода выходящей из капсулы центрифугируемой жидкости в приемную емкость, например чашку или стакан. Как показано на фиг.8, трубка для отвода жидкости сообщена с накопителем 33 жидкости, образующим кольцевую U- или V-образную полость 63, расположенную рядом с держателем капсулы, образованным вращающимся барабаном 34, в который вставляется капсула. Накопитель жидкости и барабан образуют промежуточную полость 63, предназначенную для сбора жидкости, как будет описано далее. Ниже узла 30 получения жидкости расположен привод вращения барабана 34, вмещающего капсулу. Предпочтительно привод содержит двигатель 40, который может питаться от источника электричества или может газа.
Узел впрыска воды содержит сторону впуска воды, имеющую впускное отверстие 35, сообщенное с системой 27 циркуляции воды.
Как показано на фиг.9 и 10, вращающийся барабан 34 выполнен в виде полого держателя капсулы с внутренней полостью 36, имеющей ответную капсуле форму. Вращающийся барабан 34 в осевом направлении продолжается вращающимся валом 37, установленным с возможностью вращения относительно внешнего основания 38 накопителя 33 жидкости с помощью опоры вращения 39, например, шарикового или игольчатого подшипника. Таким образом, вращающийся барабан имеет возможность вращения вокруг центральной оси I, а внешнее основание 38 накопителя является неподвижным относительно устройства. Накопитель 33 жидкости может быть прикреплен к корпусу 43 двигателя, например, болтами 44. В месте стыковки вращающегося вала 37 барабана и вала 42 двигателя 40 установлена механическая муфта 41.
Как показано на фиг.10 и 11, узел 29 впрыска воды содержит центрально расположенное средство 45 впрыска воды, установленное неподвижно относительно продольной оси I устройства. Средство впрыска воды содержит центральный трубчатый элемент 46 для подачи воды от впускного отверстия 35 к выпускному отверстию 47, причем центральный трубчатый элемент 46 выступает внутрь камеры 14 капсулы. Выпускное отверстие для воды образовано прокалывающим средством 48, таким как заостренный конец трубки, выполненный с возможностью прокалывания отверстия в закупоривающей капсулу фольге и в разрушаемой части трубчатого впускного отверстия 13 крышки.
Вокруг средства впрыска воды установлена вращающаяся зацепляющая часть 49. Зацепляющая часть 49 имеет центральное отверстие, предназначенное для вмещения средства впрыска воды и опоры вращения в виде, например, шарикового или игольчатого подшипника 50, установленного между частью 49 и средством 45 впрыска. Кроме того, зацепляющая часть содержит прокалывающие элементы 51, 52, 53, 54, выступающие из имеющей форму диска зацепляющей стенки 55 части 49. Прокалывающие элементы могут быть небольшими цилиндрическими участками с наклонной режущей поверхностью, способные прорезать или прокалывать мелкие отверстия в закупоривающей фольге 3 капсулы. Предпочтительно прокалывающие элементы равномерно распределены по периферии стенки 55 для выполнения в капсуле нескольких отверстий, обеспечивающих выход центрифугируемой жидкости из капсулы с образованием нескольких потоков.
Кроме того, узел 29 впрыска воды согласно изобретению содержит клапанную систему 56 для управления выходящим из устройства потоком жидкости. Клапанная система 56 может быть установлена на зацепляющей части 49 в виде кольцевого участка 57 зацепления, который смещается под действием упругого средства 58, например пружины. Кольцевой участок 57 зацепления содержит прижимную периферийную поверхность 59, которая под действием упругого средства прикладывает запирающее усилие к периферийной кромке 4 капсулы для ограничения потока жидкости. Поверхность 59 может иметь конусную или V-образную форму для усиления закупоривающего давления на локализованном участке. Кроме того, участок 57 зацепления содержит внутренний опорный участок 60. Таким образом, упругое средство 58 вставлено между опорным участком 60 и противодействующим участком 61 зацепляющей части 49, поэтому в исходном положении участок 57 зацепления клапанной системы под сдавливающим действием упругого средства 58 остается запертым по кромке капсулы.
Узел 29 зацепления капсулы может содержать трубчатый участок 62, выступающий во внутреннюю кольцевую полость 63 узла 30 получения жидкости, когда эти два узла заперты друг относительно друга вокруг капсулы. Этот трубчатый участок 62 образует отражательную стенку для центрифугируемой жидкости, которая под давлением проходит через клапанную систему. Предпочтительно участок 62 неподвижно установлен на узле 29. Кроме того, узел содержит захватную часть 64, облегчающую его присоединение к узлу 30 получения жидкости. Для удобства захватная часть 64 может иметь рифленую наружную поверхность. Захватная часть может быть закреплена на неподвижном основании узла 29 винтами 67. Эта часть также может быть заменена рычагом или другим подобным средством.
Как уже упоминалось, для соединения узлов 29 и 30 имеется средство соединения. Например, на стороне трубчатой поверхности узла 29 впрыска воды имеются небольшие штифты 65, которые могут входить в зацепление с боковыми запирающими отверстиями 66 трубчатой поверхности узла 30 получения жидкости. Таким образом, между этими двумя узлами может быть осуществлено соединение угловым вращательным или винтообразным закупоривающим движением, обеспечивающим возможность зацепления штифтов с продолговатыми отверстиями 66. Разумеется, вместо средства соединения байонетного типа может быть использовано другое средство соединения. Например, может быть предусмотрено резьбовое соединение или средство закупоривания поступательными движениями.
Система согласно изобретению, в которой используются капсулы, работает следующим образом.
Устройство для капсул открывается перемещением двух узлов 29 и 30 друг относительно друга, например, отсоединением байонетного соединения и разделением этих двух узлов 30 и 29. В результате одноразовая закупоренная капсула 1, содержащая пищевое вещество, может быть вставлена в устройство, т.е. располагаться в полости вращающегося барабана 36. Помещаемая в устройство капсула закрыта газонепроницаемой закупоривающей фольгой 3. Устройство затем закрывается узлом 29, вновь присоединяемым к узлу 30, и запирается соединяющим средством. В закрытом устройстве капсула открывается средством впрыска воды, которое прокалывает закупоривающую фольгу капсулы и вводится внутрь капсулы через впускное отверстие 35. В это же время на периферии закупоривающей фольги прокалывающими элементами 51-54 прокалывается несколько выпускных отверстий. Таким образом, через центральное средство 45 впрыска воды в капсулу может вводиться вода. В узлах впрыска могут быть выполнены вентиляционные отверстия, предназначенные для обеспечения возможности выхода из капсулы газа во время введения в нее воды. Капсула приводится во вращение двигателем 40. Процесс центрифугирования может быть начат одновременно с началом впрыска вводимой в капсулу воды или немного после или раньше начала впрыска воды.
Например, в случае приготовления напитка из молотого кофе перед началом процесса центрифугирования, выполняемого посредством вращения капсулы, предпочтительно выждать несколько секунд, в течение которых вода заполнит капсулу. Благодаря этому вода сможет должным образом проникнуть в кофе до процесса центрифугирования, предотвращая тем самым образование областей, остающихся в данной порции кофе сухими. Центрифугирование выполняется вращением капсулы вокруг центральной оси I вращения устройства, которая предпочтительно соосна центральной оси капсулы. Предпочтительно скорость вращения составляет от 1000 до 12000 об/мин, более предпочтительно от 1500 до 8000 об/мин. В устройстве может быть расположен блок управления, регулирующий скорость вращения в зависимости от приготавливаемой жидкости и/или находящегося в капсуле вещества. Чем выше скорость вращения, тем большее давление жидкости воздействует на периферийную стенку капсулы, и тем больше уплотняется вещество на боковой стенке капсулы. Важно заметить, что более высокие скорости вращения способствуют приготовлению экстракта кофе, содержащего меньшее количество сухого вещества, так как время пребывания жидкости в слое кофе оказывается короче. Более низкие скорости вращения обеспечивают более крепкий кофе (в отношении содержания сухого вещества кофе), так как время пребывания жидкости в капсуле оказывается более длительным. Приготовление напитка в капсуле происходит с помощью проходящей через вещество воды, обеспечивающей экстракцию или частичное либо полное диспергирование или растворение вещества. В результате центрифугируемая жидкость может проходить через множество выходных отверстий 18 капсулы, например через крышку 8.
Под действием центробежных сил вещество, такое как кофейный порошок, стремится уплотниться в радиальном направлении относительно периферийных стенок 7, 17 камеры капсулы, а вода при этом стремится к прохождению через вещество. Это приводит к тому, что вещество оказывается одновременно уплотненным и хорошо смоченным водой. Благодаря высокой скорости вращения капсулы центробежные силы равномерно воздействуют на массу вещества, следовательно, распределение воды также оказывается более однородным по сравнению с обычными способами, использующими нагнетательные насосы для создания давления к капсуле. В результате уменьшается риск возникновения преимущественных путей протекания через вещество, которые могут приводить к образованию областей, не смоченных должным образом и, вследствие этого, не подвергающихся надлежащей обработке или растворению. В случае порошка молотого кофе жидкость, которая достигает внутренней боковой стенки капсулы, оказывается жидким экстрактом. Затем этот жидкий экстракт перетекает вверх по внутренней стороне боковой стенки капсулы. Размеры выходных отверстий 18 в камере устанавливаются в зависимости от находящегося в капсуле вещества. Мелкие отверстия, такие как щели небольшой ширины или отверстия малого диаметра, обеспечивают фильтрацию, удерживая твердые частицы в камере капсулы и позволяя проходить через отверстия только жидкому экстракту. Эти отверстия могут также образовывать достаточные тонкие сужения для создания сдвиговых напряжений и образования вследствие этого пены.
Некоторое количество содержащегося в капсуле газа может оказаться захваченным в жидкости и вследствие сброса давления после ограничения потока образует в жидкости множество мелких пузырьков. Клапанная система 56 устройства может начать открываться по мере роста на клапане давления выходящей из капсулы жидкости. Вследствие этого, управляя с помощью клапанной системы временем задержки открывания, можно обеспечить достаточное взаимодействие между водой и содержащимся в капсуле веществом. Эта регулируемая задержка зависит от различных параметров, таких как скорость вращения, усилие упругого средства (то есть жесткость пружины), перепад давления, создаваемый веществом, размер выходных отверстий и т.д. Открытие клапанной системы производится прижимной поверхностью 59 клапанной системы, приподнимающейся по мере того, как возрастает давление жидкости на ее внутренней поверхности. Можно заметить, что кромка капсулы также может быть по существу гибкой, чтобы деформироваться под действием давления жидкости, поэтому относительное перемещение прижимной поверхности и капсулы создает небольшой проход, позволяющий жидкости выходить из небольшого промежутка перед клапанной системой. При относительно высоких скоростях вращения может образовываться струя жидкости, которая сталкивается с внутренней поверхностью участка 62. Жидкость начинает наполнять полость 68 узла получения жидкости и может вытекать через трубку 32 для выпуска жидкости, чтобы собираться в расположенной внизу чашке или стакане.
На фиг.12 и 13 показан другой вариант осуществления изобретения, причем для обозначения одних и тех же или эквивалентных элементов используется одинаковая нумерация позиций. В этом варианте осуществления изобретения клапанная система 56 характеризуется тем, что упругое средство является уплотнительным кольцом 69 из упругой резины, вставленным между сдавливающей поверхностью 59 и неподвижным участком 61 узла 29 впрыска воды. Уплотнительное кольцо расположено между двумя вогнутыми участками 70 и 71 клапанной системы. В процессе приготовления напитка давление жидкости в капсуле стремится приподнять сдавливающую поверхность 59 для образования прохода между кромкой 4 капсулы и сдавливающей поверхностью. Сдавливающая поверхность может иметь острый кончик, способный создавать концентрацию сил на кромке. Разумеется, упругое средство и сдавливающий участок могут быть одним элементом. Например, сдавливающий участок может быть изготовлен из упругой резины.
Как показано на фиг.12 или 13, средство впрыска воды может представлять собой выполненное в капсуле простое впускное отверстие для воды без прокалывающего средства. В этом случае капсула предварительно вскрывается до введения в устройство, то есть закупоривающая фольга прикреплена к кромке корпуса отслаиваемым образом для обеспечения возможности ее снятия. Как вариант, перед вставкой капсулы в устройство в фольге прокалывается центральное отверстие. Кроме того, с помощью водонепроницаемого закупоривающего средства 72, которое оказывает некоторое обеспечивающее водонепроницаемость давление на верхнюю сторону капсулы, может быть выполнено герметичное сцепление со средством впрыска воды. Благодаря этому предотвращается просачивание воды по верхней стороне капсулы и протекание в обход капсулы с прямым выходом через выпускное отверстие.
Капсула согласно изобретению может иметь другие варианты выполнения, такие как показаны на фиг.14 и 15. В общем, конструкция капсулы такая же, как и в предыдущих вариантах выполнения, за исключением того, что выходные отверстия образованы фильтровальной бумагой, тканым или нетканым участком или другой ячеистой или пористой мембраной 72. Таким образом, крышка 8, которая вставляется в чашеобразный корпус 2, содержит проходящую по кругу ленту из пористого материала. Пористый материал обеспечивает ограничение потока, создавая некоторый перепад давления, например, от 0,5 до 4 бар и приводит к фильтрованию твердых частиц. В частности, размер пор материала может быть выбран таким, чтобы удерживать также мелкие частицы кофе, то есть частицы с размерами не более 90 мкм. Также, когда площадь отверстий в пористой ленте оказывается менее 50% общей площади поверхности этой ленты, создается перепад давления. Бумага, ткань, ячеистый или пористый материал могут быть образованы из ленты или лент, которые могут быть приварены или иным образом соединены с крышкой.
В другом возможном варианте осуществления изобретения крышка имеет выемку 16, которая может быть заполнена пористым сжимаемым материалом для обеспечения функции фильтрования. Например, материал может представлять собой губку или ткань.
Как показано на фиг.16 и 17, капсула согласно изобретению может также содержать камеру, образованную чашеобразным корпусом 2 и пористой стенкой 80. Чашеобразный корпус имеет основную полость 82, предназначенную для хранения пищевого вещества, и периферийную выемку 81 для вмещения жидкого экстракта, который проходит сквозь пористую стенку 80 во время центрифугирования. Выемка 81 ограничена внутренней кромкой 83 и внешним ободом 84. Пористая стенка 80 может быть присоединена к внутренней кромке 83 выемки 81. К внешнему ободу 84 корпуса предпочтительно присоединяется газонепроницаемая мембрана из фольги 86. Предпочтительно внутренняя кромка расположена ниже внешнего обода для образования свободного пространства 85 между пористой стенкой 80 и фольгой мембраны 86. Пористая стенка может быть приварена термической или ультразвуковой сваркой к внутренней кромке 83.
Пористая стенка 80 может иметь отверстия (то есть поры) по всей своей поверхности или же только по периферийному участку стенки. На фиг.16 показан участок стенки 87, который обычно имеет отверстия, в то время как центральный участок 88 отверстий не имеет. В другом варианте оба участка 87 и 88 имеют отверстия.
Давление зависит от различных факторов, в частности от скорости вращения капсулы в устройстве, радиуса периферийного участка стенки 87 (особенно в отношении определения величины центробежной силы на участке 87) и размера отверстий. Размер отверстий предпочтительно составляет от 1 до 600 мкм. Более предпочтительно размер отверстий составляет от 10 до 200 мкм, образуя средство ограничения потока, которое создает некоторый перепад давления при вращении капсулы относительно ее центральной оси. Общая площадь поверхности пор пористой стенки должна составлять менее 50% от общей площади поверхности указанной стенки, наиболее предпочтительно - менее 40%.
Капсула, показанная на фиг.16 и 17, может прокалываться в ее центре 89 для впрыскивания воды в камеру 82, содержащую вещество. В результате оказываются проколотыми как внешняя фольга 86, так и внутренняя стенка 80. Капсула вставляется в устройство, как описано выше. Капсула приводится во вращение при определенной скорости, например, от 1000 до 16000 об/мин, наиболее предпочтительно - от 5000 до 12000 об/мин. В камере происходит процесс приготовления напитка или растворения вещества в проходящей сквозь него воде. В результате действия центробежной силы пищевая жидкость проходит через пористый участок стенки 87 (в конечном итоге, также и через часть участка 88, если он является пористым) и покидает камеру через зазор 85, а затем через кольцевую выемку 81. Жидкости позволяют выйти из капсулы через проколотые отверстия, выполненные в фольге выше выемки 81.
На фиг.18 показана подобная капсула, но с внутренней пористой стенкой 80, содержащей центральный участок 880, который приварен к внешней газонепроницаемой фольге 86, и периферийный участок 870, который находится на расстоянии от фольги 86, при сохранении небольшого пространства для протекания отфильтрованной жидкости в выемку 81. В этом примере периферийный участок 870 имеет выходные отверстия. Центральный участок 880 может иметь отверстия или не иметь их. В этом варианте осуществления изобретения не допускается прохождения жидкости между внешней фольгой 86 и внутренним участком стенки 880, так как они сварены между собой. Если на участке стенки 870 в капсуле создается достаточный перепад давления, необходимость в обязательном наличии дополнительного средства ограничения потока, такого как описанный ранее клапан, отсутствует. В этом случае имеющееся в капсуле средство ограничения потока является достаточным для поддержания достаточного давления в камере и обеспечения хорошего взаимодействия воды с веществом, например с молотым кофе. Например, хороший кофе типа «эспрессо» с пенкой может быть получен при использовании капсулы, содержащей тканую полимерную мембрану с размером пор от 10 до 200 мкм.
Следует отметить, что периферийный участок капсулы, имеющей средство сужения потока, например отверстия, может быть расположен по существу перпендикулярно оси вращения, как в показано на фиг.16-18, или может быть наклонен относительно указанной оси, как показано на фиг.1-6.
В другом возможном варианте осуществления изобретения ограничение потока может быть обеспечено или дополнено неровностями в капсуле и/или в устройстве, или другими подобными структурами, образующими извилистый путь течения жидкости.
Система, в которой используются капсулы согласно изобретению, показывает хорошие результаты приготовления напитков с величинами содержания сухого вещества, превышающими получаемые с помощью обычных систем. Результаты показывают очень высокую степень воспроизводимости от капсулы к капсуле. Как ни удивительно, пенка также оказалась заметно улучшенной, обладая более «кремовой», более устойчивой и более плотной структурой.
Следует отметить, что создаваемый ограничивающим средством перепад давления может быть определен с помощью измерения давления, состоящего в заполнении капсулы водой под давлением и измерением в точке впрыска давления воды, при котором становится возможным прохождение жидкости через устройство ограничения, то есть клапанную систему.
Разумеется, изобретение может охватывать множество вариантов, которые включены в объем формулы изобретения.