УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ НАПИТКА ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЕМ
DEVICE FOR PREPARING BEVERAGE BY CENTRIFUGATION

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области приготовления напитка центрифугированием. В частности, оно относится к устройству и способу для приготовления напитка, например, кофе, посредством центрифугирования для варки и экстракции напитка из емкости.
Уровень техники
Приготовление напитка посредством центрифугирования известно. Этот принцип главным образом состоит в обеспечении наличия ингредиента напитка в емкости, подачи жидкости в емкость и вращения емкости при повышенной частоте вращения для обеспечения взаимодействия жидкости с порошком, создавая при этом градиент давления жидкости в емкости; такое давление увеличивается постепенно от центра к периферии емкости. Когда жидкость проходит через слой кофе, осуществляется экстракция кофейной смеси, и приготавливается жидкий экстракт, который вытекает по периферии емкости.
В документе WO 2008/148601 приведено описание примера устройства, использующего такой принцип, в котором емкость является запечатанной капсулой, которая открывается после ее использования. Горячая вода подается в центр капсулы с помощью компонента, взаимодействующего с водой, который содержит нагнетатель воды, выровненный по оси вращения. Емкость удерживается в капсулодержателе, который вращается с помощью поворотного двигателя. Компонент, взаимодействующий с водой, и компонент, удерживающий капсулу, смонтированы на роликоподшипниках. Напиток экстрагируется из капсулы с помощью некоторого количества периферийных игл, которые образуют отверстия в крышке емкости. Когда капсула центрифугируется вокруг оси вращения, горячая вода проходит через ингредиент напитка и взаимодействует с ним для приготовления жидкого экстракта, и готовый жидкий экстракт проходит под действием центробежных сил через периферийные отверстия и выбрасывается у отражательной стенки сборника. Жидкий экстракт, образующий напиток, затем сливается через выпуск напитка из устройства и собирается в емкость, например, в чашку.
В документах WO 2008/148646 и WO 2008/148650 также описано устройство для приготовления напитков, в котором ограничение потока создается после емкости, в частности, капсулы, например, с помощью клапанной системы, которая открывается под давлением, создаваемым центрифугированной жидкостью, выходящей из емкости. Клапанная система может быть образована подвижным ограничительным компонентом устройства, который упруго смещается к участку кромки капсулы.
Документ US 5,566,605 относится к экстракционной камере центробежного типа, имеющей деформируемое уплотнительное соединение для машины для приготовления горячих напитков. Эта камера содержит барабан и крышку, образующую с барабаном внутренний объем. Крышка соединяется с барабаном с помощью крепежных выступов, которые входят в зацепление с уклонами.
Документ US 2003/0052206 А1 относится к устройству для приводного инструмента для устройства для обработки пищи. Это устройство обрабатывает помещенную в него пищу, в частности, посредством давления, резки, измельчения или разрезания на ломтики. Оно относится, в частности, к соковыжималке для приготовления соков из фруктов и овощей или к соковыжималке для цитрусовых, терке или диску для резки овощей. Устройство содержит корзину, соединенную с основанием. Основание монтируется вокруг приводной головки. Соединение между основанием и приводной головкой обеспечивается, по меньшей мере, с помощью двух шпилек головки, которые могут перемещаться под действием центробежных сил к периферийному усилению основания. Также предусмотрена кольцевая упругая мембрана для возврата шпилек в убранное положение при отсутствии центробежной силы. Однако это изобретение относится только к быстрому соединению поворотного инструмента, в частности, корзины для экстракции фруктов и овощей, с приводной головкой. В частности, корзина является, по существу, открытой и не входит в зацепление с компонентом, взаимодействующим с жидкостью. В частности, отсутствует давление центрифугированной жидкости (например, фруктового сока), которая действует прямо или косвенно на соединение поворотных компонентов.
Документ US 4,700,621 также относится к быстроразъемному соединению для высокоскоростного устройства, такого как соковыжималка, в котором корзина жестко соединена для вращения и зафиксирована в осевом направлении на приводном узле без механического регулирования.
В устройствах для приготовления напитков по существующему уровню техники компонент, взаимодействующий с водой, который подает в емкость воду, и удерживающий компонент, который удерживает емкость, могут вращаться вдоль участков рамы устройства, которые прикреплены друг к другу с помощью закрывающего механизма, например, байонетной системы и т.п. Удерживающий компонент, в общем, монтируется на части рамы, с помощью, по меньшей мере, одного роликоподшипника. Компонент, взаимодействующий с жидкостью, также, в общем, является частью участка рамы и также монтируется, с помощью, по меньшей мере, одного роликоподшипника. Когда устройство вращается с высокой частотой вращения во время центрифугирования, давление жидкого экстракта создает значительные осевые и радиальные усилия на вращающихся компонентах, которые стремятся разделить эти вращающиеся компоненты.
Документ WO 2012/007293 А1 также относится к устройству для приготовления напитков, обеспечивающему закрывание, в котором предусмотрены радиально и поступательно перемещающиеся штифты в закрывающем элементе устройства, которые смещаются к канавке и входят в зацепление с этой канавкой, предусмотренной в капсулодержателе, под действием давления пружинного средства при закрывании устройства. После вращения устройства зацепление между штифтами и канавкой и, таким образом, соединение между закрывающим элементом и капсулодержателем усиливается в результате увеличения центробежных сил. Однако из-за поступательного движения штифтов высокие усилия трения должны быть преодолены для обеспечения скольжения штифтов. Это может быть достигнуто посредством увеличения инерционной массы, тем самым, обеспечивая увеличение штифтов, что также оказывает влияние на общее увеличение размеров устройства. Повышение прочности устройства также влияет на стоимость устройства. Кроме того, когда штифты смещаются в положение закрывания устройства, выпуск газов из капсулы может быть предотвращен посредством зацепления закрывающего элемента при закрывании с капсулодержателем во время подачи воды в капсулу, т.е. во время так называемого этапа предварительного смачивания.
Настоящее изобретение предназначено для решения вышеуказанных проблем.
С этой целью настоящее изобретение относится к устройству по п. 1 формулы изобретения и способу по п. 14 формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения также формируют настоящее изобретение.
В частности, изобретение относится к устройству для приготовления напитка из ингредиента напитка, содержащегося в емкости, посредством приведения емкости в состояние центрифугирования; вышеуказанное устройство содержит:
- удерживающий компонент, предназначенный для удерживания емкости в положении, позволяющем приводить ее в движение вдоль продольной оси вращения,
- компонент, взаимодействующий с жидкостью, который предназначен для зацепления с емкостью и для подачи воды в емкость и/или экстракции напитка из емкости; сборный элемент для сбора напитка, приготавливаемого посредством взаимодействия между ингредиентом и водой в емкости,
при этом удерживающий компонент и компонент, взаимодействующий с жидкостью, соединены между собой соединительным средством, по меньшей мере, во время вращения или центрифугирования, таким образом, что эти компоненты вращаются совместно с емкостью во время центрифугирования, и соединительное средство содержит, по меньшей мере, первую поверхность зацепления одного из компонентов, к которым относятся удерживающий компонент или компонент, взаимодействующий с жидкостью, и вторую поверхность зацепления стопорного средства, соединенную с другим из компонентов, к которым относятся удерживающий компонент или компонент, взаимодействующий с жидкостью, которые выполнены с возможностью зацепления в контакте друг с другом, по меньшей мере, во время вращения устройства, предотвращая перемещение удерживающего компонента и компонента, взаимодействующего с жидкостью, друг от друга, по меньшей мере, в осевом направлении вращения, и стопорное средство соединительного средства выполнено с возможностью подвижного соединения друг с другом компонентов, по меньшей мере, с одной степенью свободы, по меньшей мере, вокруг поворотной оси, предпочтительно, по существу, параллельно продольной оси вращения для обеспечения увеличения усилий зацепления между двумя поверхностями зацепления в результате увеличения центробежных сил.
Следовательно, в отличие от существующих устройств устройство по настоящему изобретению предлагает соединение закрывания между основными поворотными компонентами устройства, которое становится более прочным в результате воздействия центробежных сил, при этом поворотная направляющая стопорного средства обеспечивает меньшее трение и меньшее влияние загрязнения по сравнению с линейно перемещающимся стопорным штифтом, который может направляться по всей окружности.
В частности, устройство расположено таким образом, что емкость удерживается между удерживающим компонентом и компонентом, взаимодействующим с жидкостью. Компонент, взаимодействующий с жидкостью, выполнен с возможностью зацепления с емкостью, когда емкость удерживается в удерживающем компоненте. Компонент, взаимодействующий с жидкостью, подвергается в емкости градиенту давления жидкости, по меньшей мере, во время вращения устройства, т.е. во время центрифугирования. Поскольку благодаря поворотной конструкции стопорного средства должны преодолеваться только минимальные фрикционные усилия, изобретение обеспечивает, что соединение противодействует такому давлению и что компонент, взаимодействующий с жидкостью, остается в зацеплении с емкостью во время экстракции напитка с помощью сравнительно небольшого стопорного средства, требующего меньшего выступа и обеспечивающего повышенные усилия зацепления.
Предпочтительно, в устройстве предусматривается выпускное отверстие, обеспечивающее выход газов из емкости через вышеуказанное отверстие при подаче воды в емкость, при этом первая поверхность зацепления и вторая поверхность зацепления не входят в зацепление в статическом состоянии устройства, по меньшей мере, при подаче воды в емкость. Когда первая и вторая поверхности зацепления не входят в зацепление во время подачи воды в емкость, один из компонентов, например, компонент, взаимодействующий с жидкостью, может легко подниматься за счет увеличения давления (жидкости) внутри емкости, и газы, которые первоначально были захвачены внутри емкости, могут легко выходить через выпускное отверстие (отверстия).
Изобретение также относится к устройству для приготовления напитка из ингредиента напитка, содержащегося в емкости, посредством приведения емкости в состояние центрифугирования; вышеуказанное устройство содержит:
- удерживающий компонент, предназначенный для удерживания емкости в положении, позволяющем приводить ее в движение вдоль продольной оси вращения,
- компонент, взаимодействующий с жидкостью, который предназначен для зацепления с емкостью и для подачи воды в емкость и/или экстракции напитка из емкости;
- сборный элемент для сбора напитка, приготавливаемого посредством взаимодействия между ингредиентом и водой в емкости,
при этом удерживающий компонент и компонент, взаимодействующий с жидкостью, соединены между собой соединительным средством, по меньшей мере, во время вращения или центрифугирования таким образом, что эти компоненты вращаются совместно с емкостью во время центрифугирования, и соединительное средство содержит, по меньшей мере, первую поверхность зацепления одного из компонентов, к которым относятся удерживающий компонент или компонент, взаимодействующий с жидкостью, и вторую поверхность зацепления стопорного средства, соединенную с другим из компонентов, к которым относятся удерживающий компонент или компонент, взаимодействующий с жидкостью, которые не входят в зацепление в статическом состоянии устройства, по меньшей мере, при подаче воды в емкость, и выполнены с возможностью зацепления в совместном контакте во время вращения устройства, предотвращая перемещение удерживающего компонента и компонента, взаимодействующего с жидкостью, друг от друга, по меньшей мере, в осевом направлении вращения, и стопорное средство соединительного средства выполнено с возможностью подвижного соединения друг с другом компонентов, по меньшей мере, с одной степенью свободы для обеспечения увеличения усилий зацепления между двумя поверхностями зацепления в результате увеличения центробежных сил.
Выше было указано, что поскольку первая и вторая поверхности зацепления не входят в зацепление во время подачи воды в емкость, один из компонентов, например, компонент, взаимодействующий с жидкостью, может легко подниматься за счет увеличения давления (жидкости) внутри емкости, и газы, которые первоначально были захвачены внутри емкости, могут легко выходить через выпускное отверстие (отверстия), при этом газы и ингредиенты напитка могут в достаточной степени взаимодействовать с водой (например, могут в достаточной степени смачиваться).
В общем, стопорное средство соединительного средства может подвижно соединяться с другим из компонентов, по меньшей мере, с одной степенью свободы, по меньшей мере, вокруг поворотной оси, предпочтительно, по существу, параллельно продольной оси вращения, тем самым, уменьшая фрикционные усилия стопорного средства в устройстве.
Стопорное средство может содержать заданный элемент массы, который предпочтительно смонтирован отдельно на стопорном средстве. С помощью отдельного заданного элемента массы соответствующее усилие зацепления может быть приведено в соответствие с требуемыми параметрами изготовления, например, частотой вращения и т.п. Таким образом, может использоваться оптимальная масса, тем самым, уменьшая износ устройства или, по меньшей мере, увеличивая усилие центробежной массы. Элемент массы предпочтительно выполнен из материала с высокой плотностью, такого как металл, например, сортовая сталь и т.п. Например, штифт также может быть выполнен из меди, латуни и т.д. Масса предпочтительно монтируется в поворотной раме стопорного средства.
Поверхности зацепления двух компонентов устройства продолжаются, по меньшей мере, в направлении компонентов, которое наклонено или изогнуто относительно осевого направления вращения. В результате центробежные силы создают составляющую сил в осевом направлении, которая прикладывается к поверхностям зацепления для усиления соединения между компонентами во время операций центрифугирования.
Вторая поверхность зацепления снабжена вращающимся элементом, предпочтительно, роликом, который предпочтительно имеет ось вращения, расположенную под прямым углом относительно продольной оси вращения. Таким образом, вторая поверхность зацепления, предусмотренная в виде ролика, может легко входить в зацепление с первой поверхностью зацепления, по меньшей мере, во время центрифугирования, тем самым, уменьшая трение во второй поверхности зацепления (например, канавке) соответствующего компонента устройства. Для надежного зацепления поверхностей зацепления первая поверхность зацепления представляет собой круговую канавку в соответствующем одном из элементов зацепления, к которым относятся удерживающий компонент или компонент, взаимодействующий с жидкостью, и с этим компонентом вторая поверхность зацепления стопорного средства входит в зацепление, по меньшей мере, во время центрифугирования. Наиболее предпочтительно, ролик является частью стопорного средства.
В общем, компонент, взаимодействующий с жидкостью, может содержать средства для нагнетания жидкости в центр емкости. В частности, средство нагнетания жидкости может быть образовано полой иглой, которая перфорирует впуск, образуемый в крышке емкости. Средство нагнетания жидкости также может быть соплом, которое устанавливается вокруг впуска емкости.
Компонент, взаимодействующий с жидкостью, может также содержать средство для экстракции напитка из емкости. Средство для экстракции напитка может содержать группу перфорирующих элементов для перфорирования выпускных отверстий в верхней стенке емкости. Перфорирующие элементы быть слегка коническими или пирамидальными элементами, распределенными по окружности компонента, взаимодействующего с жидкостью. Эти элементы могут выполнять перфорацию в крышке емкости. Крышка может быть газонепроницаемой мембраной, пористой мембраной, полотном, фильтровальной бумагой или их комбинациями. Часть толщина крышки может противодействовать перфорированию с помощью вышеуказанных элементов. Однако следует отметить, что средства перфорирования не являются обязательными для сути изобретения, в частности, когда емкость предварительно перфорирована или является пористой.
Для управления давлением центрифугирования, создаваемым экстракцией жидкости, устройство содержит клапан ограничения потока, содержащий нажимной участок, который входит в зацепление с участком кромки емкости. Такое клапанное средство и его функционирование, к примеру, описаны в документе WO 2008/148646. Функционирование клапана, по существу, состоит в создании обратного давления, которое позволяет контролировать время пребывания жидкости в емкости и контролировать расход центрифугированной жидкости, выходящей из емкости.
Нажимной участок устройства предпочтительно входит в зацепление с участком кромки емкости под действием нагрузки упругого смещающего средства, при этом во время центрифугирования нажимной участок компонента, взаимодействующего с жидкостью, перемещается от участка кромки приемника за счет давления, создаваемого центрифугированным напитком, когда достигнута достаточная частота вращения, для создания, по меньшей мере, одного канала потока между нажимным участком и участком кромки емкости. Емкость может быть выбрана из числа емкостей, имеющих участок кромки конкретной толщины, так чтобы отверстие клапана определялось упругим усилием упругого смещающего средства и предварительно заданным ограничением, которое устанавливается выбранной толщиной участка кромки, который входит в зацепление с нажимным участком. Большей толщине соответствует большее предварительно выбранное ограничение применительно к клапанному средству, и для заданного расхода требуется большее значение частоты вращения.
В возможном варианте соединительные средства расположены над емкостью. В таком варианте удерживающая часть может содержать радиально сквозные отверстия, расположенные, по существу, на таком же уровне, как и участок кромки емкости для обеспечения прохождения центрифугированной жидкости через удерживающую часть до того, как она будет соударяться со стенкой сборной части, окружающей удерживающую часть.
Устройство также содержит исполнительный механизм закрывания для управления закрыванием компонента, взаимодействующего с жидкостью, и удерживающего компонента применительно к направлению и движению, по меньшей мере, одного из вышеуказанных компонентов относительного другого из открытого положения, в котором компоненты расположены на достаточном расстоянии друг от друга для обеспечения размещения емкости в удерживающем компоненте, в закрытое положение, в котором во время центрифугирования или вращения устройства, в общем, возможно, зацепление соединительных средств. Исполнительные средства закрывания также предназначены для выполнения открывания компонента для обеспечения удаления емкости из устройства. Такой исполнительный механизм закрывания может быть кулачковой системой, поворотной байонетной системой закрывания или средством с коленчатым соединением или гидравлическим средством, или шпиндельным механизмом с механическим приводом или комбинацией этих систем. В частности, соответствующая система закрывания описана в патентном документе ЕР 12194801.2.
Емкость предпочтительно является капсулой, содержащей порцию ингредиента напитка. Капсула может содержать чашеобразный корпус, содержащий расширяющуюся стенку, участок кромки, выступающие наружу, и крышку, закрывающую вышеуказанный корпус. Участок кромки может вставляться между удерживающим компонентом для удерживания капсулы и компонентом, взаимодействующим с жидкостью. В частности, участок кромки входит в зацепление с нажимным участком ограничительного клапана компонента, взаимодействующего с жидкостью, с одной стороны, и удерживается на удерживающей части, с другой стороны.
Термин «капсула» относится к гибкому, жесткому или полужесткому контейнеру, содержащему ингредиент напитка. Капсула отделяется от устройства по изобретению и после использования в устройстве выбрасывается за ненадобностью (например, подвергается повторной переработке компостируется или сжигается). Другими синонимами капсулы являются «чалд», «пакетик-подушечка», «картридж» или «саше». Капсула может быть капсулой разового использования. Емкость также может наполняться ингредиентами непосредственно перед использованием для приготовления напитка.
Ингредиенты напитка могут быть любым пищевым ингредиентом или ингредиентом напитка, который позволяет приготавливать напиток или жидкую пищу, при взаимодействии с жидкостью, в частности, горячей водой. В частности, ингредиенты напитка выбираются из группы, состоящей из молотого жареного кофе, растворимого кофе, необжаренного кофе, листового чая, растворимого чая, травяного чая, цикория, какао, молока, порошкообразного концентрата супа, детского питания, и их комбинации. Предпочтительно, ингредиенты напитка, по существу, являются обжаренным молотым порошковым кофе.
Изобретение также относится к способу приготовления напитка из ингредиента напитка, содержащегося в емкости; способ включает в себя следующие этапы:
- размещение емкости в удерживающем компоненте,
- зацепление компонента, взаимодействующего с жидкостью, с вышеуказанной емкостью,
- подача воды в емкость с помощью компонента, взаимодействующего с жидкостью,
- приведение емкости во вращение вдоль продольной оси вращения посредством вращения удерживающего компонента и компонента, взаимодействующего с жидкостью, совместно с емкостью,
- сбор напитка с помощью сборной части, приготавливаемого посредством взаимодействия между ингредиентом и водой в емкости,
при этом удерживающий компонент и компонент, взаимодействующий с жидкостью, соединены между собой соединительным средством, по меньшей мере, во время вращения или центрифугирования таким образом, что это эти части вращаются совместно с емкостью во время центрифугирования,
соединительное средство содержит, по меньшей мере, первую поверхность зацепления одного из компонентов, к которым относятся удерживающий компонент или компонент, взаимодействующий с жидкостью, и вторую поверхность зацепления стопорного средства, соединенного с другим из компонентов, к которым относятся удерживающий компонент или компонент, взаимодействующий с жидкостью, которые входят в зацепление в контакте друг с другом, по меньшей мере, во время вращения устройства, предотвращая перемещение удерживающего компонента и компонента, взаимодействующего с жидкостью, друг от друга, по меньшей мере, в осевом направлении вращения, и
стопорное средство соединительного средства выполнено с возможностью подвижного соединения друг с другом компонентов, по меньшей мере, с одной степенью свободы, по меньшей мере, вокруг поворотной оси, предпочтительно, по существу, параллельно продольной оси вращения для обеспечения увеличения усилий зацепления между двумя поверхностями зацепления в результате увеличения центробежных сил.
Предпочтительно, во время этапа подачи воды в емкость первая поверхность зацепления и вторая поверхность зацепления не входят в зацепление в вышеуказанном статическом состоянии устройства, и газы под давлением в емкости могут выходить, например, через, по меньшей мере, одно выпускное отверстие, предусмотренное в устройстве. В частности, подача воды в емкость предпочтительно ведет к увеличению давления емкости, тем самым, поднимая компонент, взаимодействующий с жидкостью, от удерживающего компонента для создания выпускного канала для газов между емкостью и выпускным отверстием.
В настоящем описании ссылка на осевое и радиальное направления, в общем, делается относительно продольной оси вращения поворотных компонентов или емкости. Осевое направление относится к направлению, выровненному с такой осью или параллельному ей. Радиальное направление относится к любому возможному направлению, перпендикулярному вышеуказанной оси.
Краткое описание чертежей
Дополнительные отличительные характеристики, преимущества и предметы настоящего изобретения станут понятными в свете приведенного ниже подробного описания предпочтительных вариантов выполнения со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
на фиг. 1 показано устройство по настоящему изобретению в статическом состоянии варочного узла, например во время подачи воды в емкость;
на фиг. 2 - устройство по настоящему изобретению в закрытом статическом состоянии варочного узла;
на фиг. 3 - устройство по настоящему изобретению в закрытом вращающемся состоянии варочного узла;
на фиг. 4 - устройство, изображенное на фиг. 1, частичный вид в разрезе;
на фиг. 5а - взаимодействующий с жидкостью компонент устройства, изображенного на фиг. 1, вид в перспективе;
на фиг. 5b - то же, вид в перспективе сбоку;
на фиг. 5c - то же, вид в перспективе сверху;
на фиг. 6 - стопорное средство устройства, изображенного на фиг. 1.
Ниже в качестве примера приводится описание предпочтительного варианта выполнения со ссылкой на фиг. 1-6.
Осуществление изобретения
Устройство 1 изобретения, в общем, содержит хорошо известный центробежный варочный узел 2 для приема и центрифугирования емкости, такой как сменная капсула 17 (схематично показана на фиг. 4), которая будет подробно описана ниже. Центробежный варочный узел предназначен для приготовления напитка, такого как кофе, из ингредиента напитка, содержащегося в емкости, и воды, нагнетаемой в емкость. Нагнетаемая вода тщательно взаимодействует (например, посредством варки или смешивания) с ингредиентом напитка и за счет центробежных сил образуется экстракт напитка, который принудительно покидает емкость у ее периферии. Узел 2 имеет жидкостную связь с линией 3 подачи жидкости, предназначенной для подачи нагретой жидкости, предпочтительно воды, из резервуара 4 в узел 2. Жидкость циркулирует по линии 3 с помощью насоса 5. Насос 5 может быть насосом любого пригодного типа, например, поршневым насосом, диафрагменным насосом или перистальтическим насосом. В линии подачи жидкости предусмотрен нагреватель 6 для нагрева жидкости до температуры выше комнатной температуры. Температура может варьироваться в зависимости от напитка, подлежащего экстракции. Например, для приготовления кофе вода может нагреваться примерно до 70-100 градусов Цельсия.
Варочный узел 2 содержит два поворотных компонента, соединенных между собой, в частности, компонент 8, взаимодействующий с жидкостью, и нижний удерживающий компонент 16. Эти два компонента предназначены для удерживания емкости 17, такой как капсула, содержащая ингредиент напитка. Устройство 1 также содержит поворотное приводное средство, такое как поворотный двигатель 86, который соединен с одним из поворотных компонентов варочного модуля, например, с удерживающим компонентом 16 с помощью соединительного средства 7 (показано схематично для ясности). Поворотные компоненты расположены в закрытом состоянии, т.е. соединены между собой с помощью описанных здесь соединительных средств вдоль продольной оси «I» вращения, по меньшей мере, во время вращения, таки образом, чтобы эти компоненты 8, 16 вращались вместе с емкостью 17 во время центрифугирования. Следует отметить, что ось «I» вращения не обязательно должна быть вертикальной и может быть наклонена под определенным углом относительно вертикали или даже может быть горизонтальной. Блок 50 управления также предназначен для управления операцией варки, в частности, частотой вращения двигателя 86, температурой жидкости, нагреваемой в нагревателе 6, и другими операциями, такими как расход и количество жидкости, подаваемой насосом 5.
Компонент 8, взаимодействующий с жидкостью, поддерживается в верхней раме 9 с помощью узла роликоподшипника, и нижняя опорная часть 16 также поддерживается с помощью узла роликоподшипника. Компонент 8, взаимодействующий с жидкостью, установлен в верхней раме 9 с помощью роликоподшипника 10 и под воздействием усилия упругого смещающего средства 11 вставлен между рамой 9 и подшипником 10. Рама 9 содержит внутренний корпус 12 уменьшенного сечения, в котором установлена цилиндрическая пружина 11, образующая упругое смещающее средство. Пружина 11 надавливает на кольцо 13. Наружная сторона подшипника 10 вставлена в вышеуказанное кольцо 13. Как наиболее наглядно показано на фиг. 5a-5c, компонент 8, взаимодействующий с жидкостью, содержит основание 14, содержащее центральный участок, предназначенный для зацепления с внутренней стороной роликоподшипника 10. Пружина 11 оказывает воздействие для компенсации люфтов и допусков и поддержания компонентов под давлением во время закрывания устройства в осевом направлении и перед центрифугированием.
С нижней стороны варочного узла 2 расположена нижняя рама 15 для приема удерживающего компонента 16, который предназначен для поддержки капсулы 17. Удерживающий компонент 16 установлен сквозь нижнюю раму 15 с возможностью вращения с помощью нижнего роликоподшипника 18, который вставлен в нижний корпус 19 уменьшенного сечения нижней рамы 15.
Емкость или капсула 17, содержащая ингредиент напитка, размещается между двумя поворотными компонентами 8, 16. Капсула 17 имеет конструкцию и размеры, обеспечивающие ее удерживание в удерживающем компоненте 16 и зацепление с расположенным сверху компонентом 8, взаимодействующим с жидкостью. Капсула 17 содержит корпус, имеющий дно 34 и расширяющуюся боковую стенку 39, которая продолжается наружу с помощью участка 38 кромки. Капсула может иметь, в общем, выпуклость без определенного края между дном 34 и боковой стенкой 39. Верхняя стенка 37, например, крышка, закрывает корпус. Крышка может быть газонепроницаемой мембраной и/или пористой стенкой.
Компонент 8, взаимодействующий с жидкостью, содержит нагнетатель 35, предназначенный для подачи (например, нагнетания) жидкости, например, воды, в (центр) капсулы 17. Нагнетатель 35 может быть образован из трубки, проходящей через основание 14 и заканчивающейся перфорирующей вершиной. Верхний конец нагнетателя 35 находится в жидкостной связи с линией 3 подачи жидкости. Перед вершиной может быть предусмотрено дополнительное средство управления жидкостью, такое как обратный клапан. На периферии нижней поверхности компонента 8, взаимодействующего с жидкостью, расположена группа средств 36 экстракции напитка, предназначенных для перфорирования верхней стенки 37 капсулы 17 во множестве зон для создания множества выпусков напитка для заключительной экстракции напитка из капсулы 17. Периферийные выпуски образуются в верхней стенке 37 рядом с кромкой 38 капсулы 17, где центробежные силы являются наибольшими. Как вариант, можно предусмотреть выпуски на боковой стенке 39 капсулы 17 или как на верхней стенке 37, так и на боковой стенке 39 капсулы 17. Выпуски также могут быть выполнены в капсуле 17 предварительно перед вставлением капсулы 17 в устройство 1. Кромка 38 также может быть образована в виде множества выпусков для центрифугированной жидкости.
Подпружиненный трубчатый элемент для экстракции капсулы может быть расположен на одной оси с нагнетателем 35 и образовывать с ним скользящую конструкцию для способствования в «отрывании» капсулы от нижней поверхности компонента 8, взаимодействующего с жидкостью. На фиг. 1 показан элемент для экстракции в рабочем положении (при отсутствии капсулы в устройстве). Кроме того, через компонент 8, взаимодействующий с жидкостью, может проходить несколько небольших сквозных отверстий для исключения или прекращения эффекта всасывания между капсулой и поверхностью компонента 8, взаимодействующего с жидкостью.
Как показано на фиг. 1-4, также может быть предусмотрено клапанное средство 40, например, описанное в документе WO 2008/148646, для создания ограничения потока или трубка Вентури между кромкой 38 капсулы 17 и подпружиненным нажимным участком 41 компонента 8, взаимодействующего с жидкостью. Участок 41, к примеру, может быть резиновым или пластиковым кольцевым выступом, который расположен в кольцеобразном углублении 42 основания 14. Этот выступ смещается в осевом направлении «I» с помощью подпружиненного элемента 43. Элемент 43 может быть любой пригодной пружиной, например, упругой пластиной. Клапанное средство 40 также нагружается центральной пружиной 11. Следует отметить, что нажимной участок 41 и подпружиненный элемент 43 могут быть образованы как неразъемный элемент. Следовательно, кромка 38 капсулы 17 образует фиксированную часть клапанного средства 40, и подпружиненный нажимной участок 41 образует подвижную часть, которая перемещается от кромки 38 под действием гидравлического давления центрифугированной жидкости. Однако также возможна обратная конструкция. Например, кромка 38 капсулы 17 может быть образована из участка, который принудительно открывается под действием усилия упругого средства, расположенного в кромке 38 или ниже этой кромки. В другом альтернативном варианте клапанное средство 40 может быть полностью встроено в капсулу 17, например, как описано в документе WO 2008/148601.
Удерживающий компонент 16 содержит опорный участок 60 кромки, образующий ступень удерживающего компонента 16, и верхнюю боковую стенку 29, продолжающуюся вверх от участка 60. Опорный участок 60 выполнен с возможностью жесткой поддержки, по меньшей мере, участка кромки 38 капсулы 17. В боковой стенке 29 также предусмотрены одно или несколько выпускных отверстий 61 (для выпуска напитка и/или газа). Эти отверстия 61 могут иметь различную форму, например, круглую или продолговатую. В предпочтительном варианте выполнения они также могут быть удлиненными пазами. В общем, выпускные отверстия 61 должны быть выполнены в устройстве 1 таким образом, чтобы газы могли выходить из емкости 17 через вышеуказанное отверстие (отверстия) 61, когда вода подается/нагнетается в емкость 17.
В раме 15 также предусмотрен сборник 44 для приема центрифугированного напитка, приготавливаемого посредством взаимодействия ингредиента и жидкости/воды в капсуле 17 и выходящего из капсулы 17 и проходящего через клапанное средство 40 и отверстия 61. Выпускные отверстия для выпуска напитка могут быть теми же самыми отверстиями, что и выпускные отверстия 61 выпуска газов. Сборник 44 предпочтительно содержит U-образную кольцевую стенку, которая расположена между нижней рамой 15 и удерживающим компонентом 16. С наружной стороны стенка продолжается вверх за уровень отверстий 61 предпочтительно для образования отражательной стенки для центрифугированной жидкости, поступающей из капсулы 17. Сборник 44 также продолжается на угловой участок стенки с помощью выпуска 46 для напитка. Такой выпуск проходит через отверстие 47, предусмотренное в нижней раме 15. Следовательно, во время центрифугирования напиток собирается в сборнике 44 и сливается через выпуск 46 для наполнения емкости (например, чашки), помещенной под выпуском 46.
По общему аспекту изобретения компонент 8, взаимодействующий с жидкостью, и удерживающий компонент 16, которые являются поворотными компонентами устройства 1, соединены друг с другом с помощью соединительного средства, по меньшей мере, во время центрифугирования, т.е. во время вращения компонентов 8, 16. Как будет подробно описано ниже, соединительное средство содержит, по меньшей мере, одно стопорное средство, которое может (поворотно) перемещаться наружу под действием эффекта центрифугирования и предпочтительно под действием рычажного эффекта и, таким образом, может увеличивать усилия зацепления соединительного средства при таких условиях.
В иллюстративном варианте изобретения устройство 1 содержит группу стопорных средств 20, каждое из которых ограничивает поверхность 23 зацепления, например, поверхность с закругленной формой. В частности, в иллюстративном варианте предпочтительно четыре стопорных средства распределены по периферии одного из компонентов 8, 16 под углом 90 градусов (см. фиг. 5a и 5c). Стопорные средства 20 предпочтительно расположены на соответствующем компоненте 8, 16 с целью подвижного соединения, по меньшей мере, с одной степенью свободы предпочтительно, по меньшей мере, относительно поворотной оси 21. Поворотная ось 21 предпочтительно ориентирована параллельно продольно оси «I» вращения. Между стопорным средством 20 и соответствующим элементом, например, основанием 14, соответствующего компонента 8, 16, может быть вставлено упругое средство (не показано), с которым соединяются стопорные средства 20, так чтобы стопорное средство 20 упруго смещалось наружу относительно продольной оси «I» вращения, когда оно принудительно вращается внутрь во время операции закрывания варочного узла 2. Однако, как будет подробно описано ниже, смещающее усилие пружины должно быть столь малым, чтобы компонент 8, взаимодействующий с жидкостью, мог подниматься от удерживающего компонента 16 во время подачи жидкости (например, воды) в емкость 17 за счет увеличенного давления внутри емкости 17 для обеспечения выпуска газов, первоначально захваченных в емкость 17. По предпочтительному варианту выполнения стопорные средства 20 не снабжены смещающими средствами, так чтобы отверстия 61 были открыты при закрывании устройства 1 и перед вращением устройства 1. В обоих случаях газы могут выходить через клапанное средство 40 и выпускные отверстия 61, по меньшей мере, во время подачи жидкости/воды в емкость 17 и перед началом центрифугирования, тем самым, позволяя соответствующему количеству жидкости поступать в капсулу 17 для достаточного взаимодействия с ингредиентами напитка. Клапанное средство предпочтительно содержит радиальную канавку или канал контролируемого размера (не показано), образованный в подпружиненном нажимном участке 41 обеспечения выпуска газа в направлении выпускных отверстий 61, когда компонент 8, взаимодействующий с жидкостью, находится в зацеплении с капсулой и нижним удерживающим компонентом 16. Радиальная канавка может быть расположена в каком-либо другом месте на нижней поверхности зацепления участка 41, которая приходит в контакт с кромкой 38 капсулы. Радиальная канавка также может быть предусмотрена на кромке капсулы. Это статическое состояние (подача воды; выход газов) показано на фиг. 1 и 4.
На фиг. 2 показано статическое (невращающееся) состояние, в котором устройство 1 закрыто вокруг емкости 17. Состояние, показанное на фиг. 2, может быть состоянием после закрывания компонентов 8, 16 и перед подачей воды (см. фиг. 1) или может быть состоянием после подачи воды, когда газы полностью выходят из емкости 17, и система подготовлена к процессу центрифугирования. В предпочтительном варианте выполнения на фиг. 2 стопорные средства 20 не смещены пружиной в закрытое или стопорное положение. Таким образом, исключение пружин ведет к уменьшению количества компонентов и снижению расходов.
На внутренней стороне удерживающего компонента 16 удерживающий компонент 16 или соединительное средство также содержит периферийное углубление, например, (кольцевую) канавку 28. Канавка 28 имеет сопрягаемую форму и продолжается в окружном направлении во внутренней (трубчатой) поверхности боковой стенки удерживающего компонента 16 для зацепления с некоторым количеством стопорных средств 20. Канавка 28, в частности, снабжена внутренней поверхностью выше уровня емкости 17, когда емкость 17 установлена на месте в удерживающем компоненте. Преимущество непрерывного углубления 2 состоит в том, что компонент 8, взаимодействующий с жидкостью, не обязательно должен иметь конкретную ориентацию во время процесса соединения. Выпускные отверстия 61 предпочтительно предусмотрены в вышеуказанной канавке 28 в виде сквозных отверстий.
На фиг. 3 показано устройство 1 или центробежный варочный узел 2 в условиях варки, когда компонент 8, взаимодействующий с жидкостью, соединен с удерживающим компонентом 16 с помощью стопорных средств 20, которые входят в зацепление с канавкой 28 удерживающего компонента 16. Предусмотрена вогнутая удерживающая поверхность 48 канавки 28, которая входит в зацепление с сопрягаемой выпуклой поверхностью 23 стопорного средства 20. Криволинейная удерживающая поверхность 48 канавки 28 продолжается вверх и внутрь и входит в зацепление с сопрягаемой криволинейной поверхностью 23 стопорного средства 20. В условиях варки или центрифугирования, или вращения капсула 17 приводится во вращение двумя компонентами 8, 16 и затем закрывается стопорными средствами за счет центробежных сил. Поверхность 48 (также именуемая здесь как первая поверхность зацепления) одного из компонентов, к которым относятся удерживающий компонент 16 или компонент 8, взаимодействующий с жидкостью, а также поверхность 23 (также именуемая здесь как вторая поверхность зацепления) стопорного средства, соединенного с другим из этих компонентов 8, 16, образуют соединительное средство.
В капсуле 17 создается динамическое гидравлическое давление, и такое давление постепенно увеличивается от центральной оси I в направлении периферии. Это гидравлическое давление достигает максимального значения в наиболее периферийной точке капсулы 17. Давление прикладывается к компоненту, взаимодействующему с жидкостью, в осевом направлении для открывания клапанного средства 40, которое обеспечивает траекторию ограниченного потока для центрифугированного напитка. Например, клапанное средство 40 открывается, когда достигается порог давления перед клапанным средством 40, например, несколько бар. Открывание выполняется с помощью выступа 41, отклоняющегося вверх, как указано выше. Эти осевые силы действуют на компонент, взаимодействующий с жидкостью, для его отделения от удерживающего компонента 16. Однако, чем выше частота вращения устройства 1, тем в большей степени стопорные средства 20 входят в зацепление с соответствующей канавкой 28, и под действием центробежных сил увеличиваются окончательные усилия зацепления двух поверхностей 23, 48 зацепления. Усилия зацепления могут еще более увеличиваться за счет дополнительных элементов S массы на стопорных средствах 20, тем самым, увеличивающих за счет рычажного эффекта центробежную массу. Элементы S массы могут устанавливаться с возможностью удаления на стопорных средствах 20. Таким образом, когда прикладываются осевые силы для разделения двух компонентов 8, 16, первая и вторая поверхности 23, 48 зацепления взаимодействуют с целью сопротивления такому разделению. Таким образом, даже если первая и вторая поверхности 23, 48 зацепления необязательно зацепляются в статическом состоянии устройства, по меньшей мере, во время подачи воды в емкость, они (адаптированы) для зацепления с целью контакта, по меньшей мере, во время вращения устройства 1, для предотвращения перемещения друг от друга удерживающего компонента 16 и компонента 8, взаимодействующего с жидкостью, по меньшей мере, в осевом направлении I вращения.
Для надлежащего функционирования клапанного средства 40 во время центрифугирования соединение, образованное с помощью стопорных средств 20, должно противодействовать динамическому гидравлическому давлению. В частности, центробежные силы ролика, предпочтительно плюс центробежные усилия F2 элемента массы, создаваемые при вращении, генерируют динамические усилия закрывания, ориентированные в осевом направлении и обусловленные массой стопорных средств 20, на которую действуют центробежные силы. В результате действия этих сил и ориентации поверхностей 23, 48 зацепления вышеуказанные усилия зацепления значительно увеличиваются при увеличении частоты вращения устройства 1.
Выше было упомянуто, что вторая поверхность 23 зацепления предпочтительно является выпуклой поверхностью. В предпочтительном варианте выполнения вторая поверхность зацепления обеспечивается с помощью поворотно установленного элемента, предпочтительно ролика 22, который предпочтительно имеет ось вращения, расположенную под прямым углом относительно продольно оси вращения. Таки образом, ролик может легко катиться по ответной вогнутой первой поверхности 48 зацепления, тем самым уменьшая силы трения и износ взаимосвязанных элементов.
Начальное закрывание компонента 8, взаимодействующего с жидкостью, и удерживающего компонента 16 может выполняться с помощью исполнительного механизма 45 закрывания, воздействующего, например, на верхнюю раму, как показано на фиг. 1. Механизм 45 закрывания может быть кулачковой системой, как показан на фигуре, или поворотной байонетной системой закрывания или средством с коленчатым соединением или гидравлическим средством или шпиндельным механизмом с механическим приводом или комбинацией этих систем. В частности, соответствующая система закрывания описана в патентном документе ЕР №12194801.2. Разумеется, этот механизм 45 закрывания также может быть связан с нижней рамой 15 или с обеими рамами 9, 15 применительно к относительному перемещению закрывания между компонентами.
Нижнее подшипниковое соединение устройства 1 может быть спроектировано таким образом, чтобы обеспечивалось самовыравнивание удерживающего компонента 16 и компонента 8, взаимодействующего с жидкостью. Согласно общему принципу ось 70 вращения удерживающего компонента 16 подпружинена в радиальном направлении, но неподвижна в осевом направлении «I». В этом конкретном варианте ось 70 крепится к подшипнику 18, но подшипник 18 связан с корпусом 19 участка нижней рамы с помощью группы пластинчатых пружин. Самовыравнивающая конструкция также уменьшает вибрации во время центрифугирования. Разумеется, упругие средства могут быть заменены любыми эквивалентным средствами, обеспечивающими упругое смещение в радиальном направлении, например, резиновым элементом. Кроме того, эта самовыравнивающая система также может быть помещена на верхний узел подшипника.
Ниже описывается способ приготовления напитка из ингредиента напитка, содержащегося в емкости 17.
На первом этапе обеспечивается наличие емкости 17, которая помещается в удерживающий компонент 16. Затем компонент 8, взаимодействующий с жидкостью, входит в зацепление с емкостью 17. В этом состоянии стопорное средство 20 предпочтительно не смещается, но может смещаться для зацепления с соответствующей первой поверхностью 48 зацепления. На следующем этапе способа жидкость (предпочтительно, вода) подается в емкость 17 с помощью компонента 8, взаимодействующего с жидкостью. Во время осуществления вышеуказанного способа первая поверхность 48 зацепления и вторая поверхность 23 зацепления предпочтительно не входят в зацепление в вышеуказанном статическом состоянии устройства 1, так чтобы газы в емкости 17 могли выходить через выпускное отверстие (отверстия), предусмотренное в устройстве, предпочтительно в первой поверхности 48 зацепления. Это связано с тем, что подача воды в емкость 17 предпочтительно ведет к увеличению давления в емкости 17, тем самым, поднимая компонент 8, взаимодействующий с жидкостью, от удерживающего компонента 16 из-за повышения давления в емкости 17 с целью обеспечения выпускного канала для газов между емкостью 17 и выпускным отверстием (отверстиями) 61.
На следующем этапе осуществления способа емкость приводится во вращение вдоль продольной оси I вращения посредством вращения удерживающего компонента 16 и компонента 8, взаимодействующего с жидкостью, совместно с емкостью 17. Во время вышеуказанного этапа центрифугирования удерживающий компонент 16 и компонент 8, взаимодействующий с жидкостью, соединяются с помощью соединительного средства, по меньшей мере, во время вращения таким образом, что эти компоненты 8, 16 вращаются совместно с емкостью 17. Это связано с тем, что, по меньшей мере, первая поверхность 48 зацепления одного из компонентов, к которым относятся удерживающий компонент 16 или компонент 8, взаимодействующий с жидкостью, и вторая поверхность 23 зацепления стопорного средства 20, соединенного с другим из компонентов, к которым относятся удерживающий компонент 16 или компонент 8, входят в зацепление в контакте друг с другом, по меньшей мере, во время вышеуказанного этапа вращения, для предотвращения перемещения друг от друга удерживающего компонента 16 и компонента 8, взаимодействующего с жидкостью, по меньшей мере, в осевом направлении I вращения. Поскольку стопорное средство 20 соединительного средства выполнено с возможностью подвижного соединения с другим из компонентов 8, 16, по меньшей мере, с одной степенью свободы, по меньшей мере, относительно поворотной оси, предпочтительно, по существу, параллельно продольной оси I, усилия зацепления между двумя поверхностями зацепления увеличиваются в результате увеличения центробежных сил.
На заключительном этапе напиток, приготавливаемый посредством взаимодействия ингредиента и воды в емкости 17 и центрифугируемый из емкости 17, собирается с помощью сборника (44) и может дозироваться через выпуск 46 напитка.
Принцип стопорения по настоящему изобретению может соответствовать различным конструкциям без отклонения от объема изобретения. Таким образом, стопорное средство 20 может предусмотрено на удерживающем компоненте 16 или компоненте 8, взаимодействующем с жидкостью, при этом первая поверхность зацепления предусматривается на соответствующем другом из этих компонентов 8, 16. Следует понимать, что за счет рычажного эффекта стопорное средство 20 или его вторая поверхность зацепления расположена ближе к оси I вращения в радиальном направлении по сравнению с первой поверхностью зацепления. В качестве альтернативы компоновке ролика вторая поверхность 23 зацепления также может быть образована посредством другой осесимметричной или сферической компоновки соответствующего элемента.