УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПУСКА ПРОДУКТА ЭКСТРАКЦИИ ИЗ ПОРЦИОННОЙ УПАКОВКИ, ПРОКАЛЫВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО И ЭКСТРАКЦИОННЫЙ АППАРАТ
DEVICE FOR EXTRACTION PRODUCT RELEASE FROM PORTION PACKAGE, PIERCING DEVICE AND EXTRACTION APPARATUS

Данное изобретение относится к экстракционным аппаратам для приготовления напитков и т.п. из содержащегося в капсуле экстрагируемого материала, например, молотого кофе. В частности, оно относится к выпускному устройству для вывода продукта экстракции из капсулы, прокалывающему устройству для прокалывания порционной упаковки и экстракционному аппарату, содержащему такое выпускное и/или прокалывающее устройство.
Экстракционные аппараты для приготовления напитков и т.п. из имеющегося в порционной упаковке экстрагируемого материала известны, например, в виде кофеварок и кофеварок для приготовления кофе "эспрессо", они по-прежнему пользуются большой популярностью. Во многих соответствующих системах порционные упаковки выполнены в виде капсул, в которых закрыт, например герметично, экстрагируемый материал. Для экстракции капсулу прокалывают с двух противоположных сторон. С одной стороны вводят экстрагирующую жидкость, чаще всего горячую воду. С другой стороны из капсулы выводят продукт экстракции. При этом в зависимости от приготавливаемого напитка и системы внутри капсулы может существовать значительное давление, например, 5 - 20 бар. Это предъявляет высокие требования к прокалывающему и выпускному механизму.
В качестве соответствующих систем прежде всего известны капсульные системы, в которых со стороны инжекции в капсулу подается вода, в то время как со стороны экстракции капсула вначале остается целой. Под давлением введенной воды грань капсулы, находящаяся со стороны экстракции, прижимается, например, к ребристой структуре и при этом натягивается так, что она рвется, и продукт экстракции может вытечь из капсулы. Такая система может функционировать только с материалом, который может пластически деформироваться лишь в незначительных пределах и имеет такой предел устойчивости к нагрузкам, который достигается, когда материал вследствие внутреннего давления в капсуле прижимается к ребру и т.п. До сих пор в качестве такого материала могли применять только алюминий. Примеры таких систем можно найти в патентных документах ЕР 0521188 и US 5,897,899.
Кроме того, известны системы, в которых капсула также прокалывается со стороны экстракции перфорирующим острием, например, уже при позиционировании в заварочной камере, еще до начала процесса заваривания. В таких системах продукт экстракции направляется перфорирующим острием, кофейная гуща остается в капсуле. Стенки капсулы в таких системах могут состоять из пластика, например из полипропилена с непроницаемым для кислорода барьерным слоем, причем в этом случае из-за очень высокого удлинения при разрыве таких материалов перфорирующие острия должны быть очень острыми - прокалывание таких полимерных капсул является непростым делом.
В WO 2008/023057 показано соответствующее средство для протыкания порционной упаковки при помощи перфорирующих остриев, каждое из которых имеет наклоненную относительно направления перфорирования поверхность с отверстиями в виде перфорированного сита. Благодаря этому средству могут достичь улучшенных пропускных свойств. Однако изготовление этого средства требует довольно больших расходов.
В патентных документах 1783066 и WO 95/25457 описано выпускное устройство, содержащее несколько перфорирующих остриев, причем каждое острие имеет проходное отверстие или проходную канавку. Хотя выпускное устройство в этих документах называют "фильтровальной пластиной", проходные отверстия имеются в соответствующих перфорирующих остриях, а не в пластинчатом элементе, который установлен вне капсулы. Проходные отверстия таких выпускных устройств обязательно имеют определенный минимальный диаметр, например, приблизительно 400 мкм, чтобы вообще довольно надежно и без закупорок могло пройти достаточное количество жидкости. Но при таком размере отверстие обладает лишь ограниченным фильтрующим действием, поэтому мелкие фракции кофейной гущи (или остатки другого экстрагируемого материала) могут попасть в напиток, разве что исключая случай, когда экстрагируемый материал отвечает очень высоким требованиям к равномерности размера зерен, но это влечет за собой дополнительные расходы. Задача изобретения заключается в том, чтобы создать такое выпускное устройство и прокалывающее устройство для экстракционных аппаратов, а также соответствующий экстракционный аппарат, которые позволяют преодолеть недостатки известного уровня техники, имеют высокие пропускные свойства и просты в изготовлении.
Эта задача решается благодаря изобретению, раскрытому в формуле изобретения.
Согласно первому аспекту изобретения предлагается выпускное устройство, имеющее поверхность прилегания для прилегания к участку поверхности капсулы и по меньшей мере один выступающий из этой поверхности прилегания перфорирующий элемент, причем поверхность прилегания определяется ситодержателем с ситом. Ситодержатель имеет по меньшей мере одно покрытое ситом проходное отверстие. В сите имеется множество отверстий, через которые может выводиться продукт экстракции, выходящий из капсулы через созданное перфорирующим элементом отверстие.
Перфорирующий элемент выступает из поверхности прилегания к середине, то есть, принимая во внимание капсулу, внутрь капсулы. Термины "внутрь" и
"наружу", применяемые в данном тексте для обозначения направления, в общем, относятся к капсуле.
Во время прокалывания и процесса заваривания поверхность прилегания образует поверхность, ограничивающую капсулу снаружи. Даже если капсула находится под давлением, во время процесса ни одна из ее частей не выступает за пределы плоскости, определенной поверхностью прилегания. Поверхность прилегания является плоской в том смысле, что если капсулу прижимают к поверхности прилегания с достаточной силой (при этом она перфорируется перфорирующими остриями), то капсула с полимерными стенками, например, из полипропилена толщиной 0,3 мм прилегает к поверхности прилегания по всей площади; внутреннее гидростатическое давление в капсуле не требуется ни для перфорации, ни для прилегания по всей площади.
Сито может быть выполнено, например, в виде пленки или фольги с микроотверстиями.
Поверхность прилегания, определенная основным элементом (например, ситовым полотном, образованным ситодержателем с ситом), может представлять собой одну плоскость прилегания. Тем не менее она может состоять и из нескольких плоскостей прилегания или иметь криволинейную форму. От формы поверхности прилегания принцип действия изобретения не зависит.
Благодаря этому подходу возможна весьма простая конструкция. Так, поверхность прилегания может быть образована частично плоским ситодержателем, который может иметь относительно большие (по сравнению с отверстиями сита) проходные отверстия. На этом ситодержателем известным образом с прилеганием по всей поверхности может быть установлено сито с микроотверстиями. Вышеупомянутые отверстия сита могут быть образованы микроотверстиями в тех местах, где сито натянуто над одним из проходных отверстий. Проходное отверстие или по меньшей мере некоторые проходные отверстия предпочтительно находятся в районе перфорирующих элементов. Сама по себе такая технология ситодержателей известна из применения в профессиональных кофеварках, но так как она относится к комплементарной технологии с совершенно другими требованиями при приготовлении в кофеварках напитков из заключенного в капсулу экстрагируемого материала во внимание ее не принимали.
Перфорирующие элементы преимущественно предназначены для перфорации стенок капсулы, например, полипропиленовых стенок толщиной от 0,2 до 0,4 мм, в частности 0,3 мм. Материал с такой структурой и толщиной стенок обладает большой вязкостью, что влечет за собой соответствующие требования к перфорирующему острию и/или перфорирующей кромке. В частности подходят элементы, имеющие соответствующее острое перфорирующее острие. Итак, перфорирующие элементы должны иметь такую конструкцию, чтобы корпус капсулы из полипропилена с определенной толщиной стенки перфорировался при прижатии к выпускному устройству, пока капсула рядом с перфорирующими элементами не приляжет к поверхности прилегания по всей площади. Эти условия предпочтительно должны выполняться и для нижеописанного инжектора.
В общем, перфорирующие элементы проходных каналов, проходящих через перфорирующие элементы в осевом направлении, не имеют (здесь осевое направление соответствует направлению перпендикулярно поверхности прилегания). Они предназначены только для перфорации капсулы, причем само отделение продукта экстракции от гущи происходит при помощи заварочного сита. Как известно из автоматических кофеварок, может происходить уплотнение прижимаемой к заварочной сетке кофейной гущи. Поэтому сами перфорирующие элементы могут представлять собой сравнительно простые, незащищенные, компактные, не содержащие отверстий элементы, например, в соответствии со вторым аспектом изобретения их можно выполнить в виде металлических пластин.
Напротив, проходные отверстия, а вместе с тем и место отделения продукта экстракции от гущи имеются в ситодержателе или сите, то есть они расположены в поверхности прилегания.
Сито - это элемент, отверстия которого имеют такой размер, что продукт экстракции может проходить, а экстрагируемый материал задерживается. В случае молотого кофе пропускное фильтрующее действие сита сохраняется до размера отверстия приблизительно 0,3 - 0,4 мм. Предпочтительно отверстия сита имеют такой размер, что они задерживают даже сравнительно мелкую пыль экстрагируемого материала. Оказалось, что предпочтительно диаметр отверстий сита должен составлять от 0,1 до 0,3 мм, в особенности предпочтительно от 0,15 до 0,25 мм. Отверстия сита могут иметь цилиндрическую форму. Несмотря на это, они также могут иметь коническую форму с уменьшающимся к капсуле диаметром, причем в этом случае названный диапазон диаметров относится к диаметрам, измеренным на той поверхности сита, которая обращена в сторону капсулы.
В проекции на поверхность прилегания перфорирующий элемент предпочтительно имеет невыпуклую форму, так что перфорирующий элемент ограничивает часть поверхности прилегания.
Согласно второму аспекту изобретения предлагается прокалывающее устройство, которое может быть выполнено как выпускное устройство, например, в соответствии с первым аспектом изобретения, или как инжектор для ввода экстрагирующей жидкости. Прокалывающее устройство имеет поверхность прилегания для прилегания к участку поверхности капсулы и по меньшей мере один выступающий из этой поверхности перфорирующий элемент, причем по меньшей мере один перфорирующий элемент имеет металлический лист, выступающий из поверхности прилегания, например, почти перпендикулярно к ней. Металлический лист изогнут, согнут под углом (например, отбортован) или составлен из нескольких расположенных под углом друг к другу деталей из листового металла.
Благодаря этим свойствам перфорирующего элемента получают важное преимущество, заключающееся в простоте его изготовления. Такой элемент, выполненный в виде детали, по меньшей мере частично изготовленной отдельно от опоры, образующей поверхность прилегания, можно легко закрепить на этой опоре. Такое крепление можно выполнить, например, благодаря крепежным выступам перфорирующего элемента, которые можно ввести в соответствующие отверстия основного элемента и закрепить их в этом месте, например приварив их, приклеив или припаяв к основной части. Перфорирующий элемент также может быть по меньшей мере частично выполнен за одно целое с держателем, например, его можно выполнить, отогнув часть держателя.
Кроме того, форма, выполненная из изогнутых металлических листов, или форма, образованная из нескольких расположенных под углом друг к другу листов металла, является самонесущей, то есть для определенной толщины листа, составляющей от 0,05 до 0,6 мм, механическая прочность намного выше прочности одной выступающей из поверхности прилегания металлической пластины.
В случае соответствующей формы кромок и/или остриев предлагаемые перфорирующие элементы, несмотря на простоту их изготовления, могут обеспечить эффективное протыкание и хорошие пропускные свойства.
Благодаря тому, что перфорирующий элемент выполнен в виде изогнутого или сложенного металлического листа или нескольких расположенных под углом друг к другу деталей из листа металла, перфорирующий элемент ограничивает по меньшей мере часть поверхности прилегания, которая частично окружена им. На этой части поверхности может иметься или вдаваться в нее входное или выходное отверстие или несколько входных или выходных отверстий для экстрагирующей жидкости и, соответственно, продукта экстракции. Если второй аспект изобретения комбинируют с первым аспектом, то поверхности сита предпочтительно по меньшей мере частично находятся в районе этой ограниченной части или частей поверхности.
Металлический лист предпочтительно имеет не постоянную ширину (соответственно высоте перфорирующего элемента над поверхностью прилегания), а переменную ширину. В результате перфорирующий элемент образует перфорирующее острие. Перфорирующее острие может находиться, например, приблизительно в плоскости симметрии перфорирующего элемента.
Дополнительно или, смотря по обстоятельствам, в качестве альтернативы сужению для образования острия металлический лист может быть заострен на кромке, выступающей из поверхности прилегания, так что эта кромка образует перфорирующую или режущую кромку.
Согласно одному из вариантов осуществления перфорирующий элемент представляет собой цельный металлический лист, который можно изготовить, например, посредством штамповки или лазерной резки с последующим пластическим деформированием. Этот лист согнут вдоль линии сгиба и имеет две плоские части, расположенные под углом друг к другу. К линии сгиба ширина обеих частей уменьшается, так что образуется острие. Если перфорирующий элемент симметричен относительно плоскости, то металлический лист перед гибкой может быть выполнен в виде зеркально симметричного пяти- или шестиугольника.
Следующие замечания относительно удерживающей перегородки и формы перфорирующего элемента касаются обоих аспектов изобретения, то есть соответствующие предпочтительные признаки могут существовать в случае устройств согласно первому аспекту, второму аспекту или обоих аспектов.
В соответствии с наиболее предпочтительным вариантом осуществления перфорирующий элемент или по меньшей мере один из перфорирующих элементов имеет по крайней мере одну удерживающую перегородку. Эта перегородка расположена в непосредственной близости от той части перфорирующего элемента, которая образует режущую кромку (части с перфорирующей кромкой), она, как и перфорирующий элемент, выдается из поверхности прилегания в направлении пространства, занимаемого капсулой в процессе экстракции. Однако по направлению к капсуле кромка по меньшей мере местами режущей не является, то есть для протыкания или прорезания стенок капсулы она недостаточно остра. Предпочтительно удерживающая перегородка, по меньшей мере там, где кромка не является режущей, имеет меньшую высоту, чем перфорирующая кромка и, например, примыкает к части перфорирующего элемента, содержащего перфорирующую кромку. Согласно предпочтительным вариантам осуществления изобретения площадь, определенная перфорирующим элементом, по меньшей мере частично соответствует площади проходного отверстия, то есть в случае выпускного устройства поверхности, снабженной отверстиями сита (например, расположенными в виде растра). Весьма предпочтительно перфорирующий элемент имеет такую конструкцию, что часть перфорирующего элемента, содержащая перфорирующую кромку, определяет поверхность уже сама по себе, то есть рез, получаемый капсулой от этой части перфорирующего элемента, проходит по кривой линии или имеет несколько расположенных под углом друг к другу участков. В этом случае удерживающая перегородка предпочтительно по меньшей мере частично проходит внутри поверхности, определенной частью перфорирующего элемента, содержащей перфорирующую кромку.
Удерживающая перегородка со стороны выпускного устройства предотвращает прижим стенок/фольги проткнутой капсулы к поверхности сита в процессе заваривания/экстракции вследствие существующего внутри капсулы давления, из-за чего мог бы быть затруднен проход продукта экстракции через поверхности сита. Эта перегородка, в частности, подходит для стенок капсулы из полимера, например, из полипропилена. В отличие от алюминиевой фольги большая часть полимеров может сильно растягиваться и эластична; благодаря этому удерживающую перегородку могут выполнить, например в виде выступающего из поверхности прилегания металлического листа, так как без специально заостренной кромки такой лист при соответствующей конструкции разрезает стенку капсулы не без труда. Тем не менее удерживающая перегородка может иметь острый конец или острую кромочную часть, чтобы усилить перфорирующее действие части перфорирующего элемента, содержащего перфорирующую кромку.
В случае инжектора также может существовать удерживающая перегородка, дополнительно усиливающая открывающее действие перфорирующей кромки. Вообще, смотря по обстоятельствам, по меньшей мере одна удерживающая перегородка может иметься в выпускном устройстве, инжекторе или в обоих этих устройствах.
Как сказано выше, отверстия имеются, например, по меньшей мере в области поверхности, окруженной перфорирующим элементом.
Удерживающая перегородка может примыкать к части перфорирующего элемента, содержащей перфорирующую кромку, образуя с ней угол.
Согласно предпочтительным вариантам осуществления выпускного устройства удерживающая перегородка расположена так, что она по меньшей мере частично простирается по участку с отверстиями, то есть она пересекает проходное отверстие.
Перфорирующий элемент может иметь по меньшей мере две расположенные под углом друг к другу части из листового металла, которые, например, имеют ширину, уменьшающуюся к их общей грани. Альтернативно в проекции на поверхность прилегания перфорирующий элемент местами может иметь форму дуги окружности, например неполной, и он может быть заостренным, то есть иметь форму обрезанной трубы. Еще одна часть, которая может образовывать удерживающую перегородку или перфорирующую кромку, может проходить внутри поверхности, определяемой углом или дугой окружности, и опционально выдаваться из нее; эта часть может быть плоской или криволинейной/изогнутой под углом и опционально состоять из нескольких деталей.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления перфорирующий элемент может быть изготовлен за одно целое с частью, содержащей режущую кромку, и удерживающей перегородкой, или из металлической трубы, обрезанной под углом так, что образуется режущая кромка. Одновременно режущая кромка изготовленного из трубы элемента образует режущую кромку перфорирующего элемента. Часть изготовленного из трубы элемента под режущей кромкой отогнута внутрь, образуя удерживающую перегородку.
Согласно еще одному специальному варианту осуществления удерживающая перегородка может состоять из другого материала, чем часть, содержащая режущую кромку. В этом варианте осуществления удерживающую перегородку также можно рассматривать как отдельную от перфорирующего элемента деталь.
В частности, ситовое полотно или пластина инжектора может содержать отверстия под перегородку. Удерживающие перегородки могут быть образованы на корпусе держателя, например, из полимера, полученного литьем под давлением, через отверстия под перегородки они могут выдаваться снаружи внутрь. Эти варианты конструкции обладают тем преимуществом, что они не требуют дополнительных расходов на материал и монтаж удерживающих перегородок. Расходы на изготовление пластмассового корпуса практически не зависят от того, имеются или нет небольшие дополнительные выступы (образующие удерживающие перегородки), отдельный процесс крепления удерживающих перегородок не требуется.
Предметом изобретения также является экстракционный аппарат, например кофеварка, имеющая выпускное устройство и/или инжектор вышеописанного типа. Остальные элементы этого аппарата, например устройство для приготовления жидкости для заваривания, заварочный модуль, устройство вывода, корпус экстракционного аппарата и т.д., могут быть выполнены, например, в соответствии с известным уровнем техники. Предметом данного изобретения они не являются, и поэтому подробно здесь не рассматриваются. Сами такие аппараты специалистам достаточно известны. Кроме того, пути их осуществления специалист может найти в литературе, например в патентном документе WO 2008/023057.
Ниже примеры осуществления изобретения описываются со ссылками на чертежи. Одинаковые или аналогичные элементы на чертежах обозначены одинаковыми ссылочными знаками. Чертежи выполнены не в масштабе, частично они имеют соответствующие друг другу элементы, которые на разных чертежах имеют различные размеры. На чертежах изображено следующее.
Фиг.1. Пример осуществления предлагаемого прокалывающего и выпускного
устройства.
Фиг.2. Сито для устройства согласно фиг.1.
Фиг 3. Деталь сита, изображенного на фиг.2.
Фиг.4. Ситодержатель для устройства согласно фиг.1.
Фиг.5-8. Дополнительные примеры осуществления предлагаемого
прокалывающего и выпускного устройства.
Фиг.9 и 10. Различные листовые заготовки для образования перфорационного элемента для прокалывающих и выпускных устройств показанного на фиг.5, 7 и 8 типа.
Фиг.11. Листовая заготовка для образования удерживающей перегородки
для прокалывающих и выпускных устройств показанного на фиг.5, 7 и 8 типа.
Фиг.12a-12d. Схематичное изображение разных перфорирующих
элементов в проекции на поверхность прилегания.
Фиг.13-15. Прокалывающие устройства, выполненные как инжекторы.
Фиг.16 и 17. Выпускное устройство без сита и инжектор в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения.
Фиг.18а и 18b. Виды еще одного варианта осуществления перфорирующего
элемента.
Фиг.19-21. Еще одно выпускное устройство.
Фиг.22-24. Еще один инжектор.
Изображенное на фиг.1 выпускное устройство 1 выполнено в виде ситового полотна 2 с несколькими перфорирующими элементами 3. Ситовое полотно изготовлено из ситодержателя с расположенным на верхней стороне, то есть в сторону капсулы, ситом с микроотверстиями. Ниже это будет рассмотрено более подробно. В центре ситового полотна имеется позиционирующее и центрирующее отверстие 5. Та поверхность ситового полотна 2, которая на фиг.1 расположена сверху, предназначена в качестве поверхности прилегания для капсулы.
В представленном на этом чертеже варианте осуществления каждый перфорирующий элемент имеет часть 6, содержащую перфорирующую кромку, и удерживающую перегородку 4.
Части 6, содержащие перфорирующую кромку, выполнены в виде обрезанных под углом металлических труб, то есть они имеют форму цилиндрически изогнутого металлического листа переменной ширины (в соответствии с высотой перфорирующего элемента). Толщина стенки из листового материала предпочтительно составляет от 0,15 до 0,5 мм, например, от 0,2 до 0,3 мм. В качестве листового материала можно использовать нержавеющую сталь.
Стенки из листового материала расположены перпендикулярно поверхности прилегания, то есть параллельно направлению перфорирования. На конце, обращенном в сторону капсулы, отрезки труб имеют часть 3.1 с уменьшающейся к перфорирующей кромке толщиной. Наивысшая в направлении перфорирования точка перфорирующих элементов обозначается как перфорирующее острие 3.2. Перфорирующие элементы зеркально симметричны, причем плоскость симметрии проходит через перфорирующее острие.
В показанном на чертеже примере имеются перфорирующие элементы 3, равномерно расположенные вокруг центра ситового полотна. В общем случае имеется любое количество равномерно или неравномерно расположенных перфорирующих элементов, причем число этих элементов предпочтительно составляет от 1 до 6.
Каждый перфорирующий элемент 3 имеет перегородку 4 (удерживающую перегородку), которая выполнена в виде стенки из листового материала, проходящей, в сущности, параллельно направлению перфорирования, то есть перпендикулярно поверхности прилегания. Однако в отличие от частей перфорирующих элементов, содержащих перфорирующую кромку, перфорирующих кромок или остриев она не имеет. Более того, кромка перегородок 4 выполнена и согласована с материалом капсулы так, что при давлениях, существующих при процессе заваривания, материал капсулы этими перегородками не разрезается и не протыкается. Перегородки 4 примыкают к соответствующим частям перфорирующих элементов, содержащих перфорирующую кромку. Однако относительно частей, содержащих перфорирующую кромку, перегородки ниже, то есть в направлении перфорирования их высота меньше высоты этих частей. Кроме того, их высота уменьшается по мере удаления от перфорирующего элемента.
Частично перегородки проходят внутри перфорирующих элементов, то есть внутри пространства, определенного соответствующей стенкой из листового материала.
Во время процесса заваривания перегородки выполняют функцию предотвращения полного прижатия стенок капсулы к поверхности сита. Более того, во время процесса заваривания стенки капсулы располагаются над перегородками в виде шатра. Кроме того, во время процесса заваривания удерживающие перегородки помогают предотвратить попадание на сито больших количеств частиц; это происходит в результате того, что частицы удерживаются стенками капсулы.
Ситовое полотно имеет ситодержатель 23 и установленное на нем сито 21, на фиг.2 и 4 это показано более подробно. Сито 21 может быть выполнено в виде сит, которые сами по себе известны, например, как лист из нержавеющей стали толщиной, например, 0,05-0,1 мм, оно может быть закреплено на ситодержателе посредством клейки, сварки, пайки или другим известным способом. Размер отверстий 22 сита предпочтительно составляет от 0,1 до 0,3 мм, в особенности предпочтительно от 0,15 до 0,25 мм (диаметр почти круглых отверстий в самом узком месте). Как показано на фиг.3, отверстия 22 сита могут иметь слегка коническую форму. Такая слегка коническая форма получается при изготовлении такого сита (сита с микроотверстиями) способом травления. Предпочтительно сито крепят на ситодержателе так, что самое узкое место находится сверху, то есть со стороны капсулы. Благодаря этому предотвращается застревание частиц продукта экстракции в отверстиях сита. На фиг.3 стрелками показано направление потока продукта экстракции.
Если способ изготовления сита с микроотверстиями это позволяет, в отличие от приведенного чертежа отверстия сита могут иметь цилиндрическую форму.
Ситодержатель 23 выполнен в виде металлического листа, например также из нержавеющей стали, толщина которого составляет, к примеру, от 0,2 до 2 мм. Он содержит множество проходных отверстий 25, через которые может выводиться продукт экстракции, поступающий через отверстия сита. Устройства вывода для дальнейшей транспортировки продукта экстракции, поступающего через проходные элементы, известны из существующего уровня техники, здесь они не описываются.
Проходные отверстия 25 могут быть распределены по площади ситодержателя различным образом. Несмотря на это, предпочтительно, проходные отверстия имеются по меньшей мере там, где находятся перфорирующие элементы 3 и перегородки 4. Например, внутренний диаметр перфорирующего элемента 3 того типа, который показан на фиг.1, может быть немного больше диаметра соответствующего проходного отверстия ситодержателя, и этот перфорирующий элемент может быть расположен почти коаксиально соответствующему проходному отверстию и охватывать его. В этом случае перемычка простирается поперек проходного отверстия. Итак, образование в виде шатра, сформированное пленкой капсулы в процессе заваривания, находится над проходным отверстием идеальным образом.
Те проходные отверстия, с которыми не сопряжен ни один перфорирующий элемент, предназначены для вывода продукта экстракции, если поступает мощный поток этого продукта, а сопряженные с перфорирующими элементами проходные отверстия, смотря по обстоятельствам, временно уже не могут справиться со всем этим потоком - продукт экстракции может выходить через какое-либо из предусмотренных для этого проходных отверстий и отводиться, например, при помощи общего отводящего прохода.
Предпочтительно сито установлено на ситодержателе сверху, то есть со стороны капсулы. В этом случае не возникает проблема возможных загрязнений проходных отверстий 25 и уменьшается механическая нагрузка на соединение между ситодержателем и ситом.
Изображенное на фиг.5 выпускное устройство 1 отличается от выпускных устройств, выполненных в соответствии с фиг.1-4, формой перфорирующих элементов 3. Части перфорирующих элементов 6, содержащие перфорирующую кромку, выполнены в виде металлического листа, изогнутого вдоль задней грани 3.3. Кроме того, стенки из листового металла расположены не точно перпендикулярно поверхности прилегания, а с небольшим отклонением от направления перфорирования, а именно внутрь, то есть в сторону определенного этими стенками пространства. Угол наклона предпочтительно составляет от 0 до 10°, например, от 2 до 5°.
Конструкция перфорирующих элементов того типа, который изображен на фиг.5, предпочтительна, во-первых, потому, что таким образом можно изготовить четко выраженное и тем не менее механически весьма прочное перфорирующее острие 3.2. Механическая прочность является результатом того, что задняя грань 3.3 переходит в перфорирующее острие. Во-вторых, достигаются технологические преимущества, ниже это еще будет рассмотрено более подробно.
В отношении конструкции и функции перегородки 4 изображенного на этом чертеже варианта соответствуют перегородкам, показанным на фиг.1, то есть в этом отношении сказанное относительно фиг.1 касается и фиг.5. В показанном варианте перегородки 4 обоих конструктивных исполнений отличаются тем, что перегородки 4 согласно фиг.1 по ширине уменьшаются по направлению к тому концу, который удален от той части перфорирующего элемента, которая содержит перфорирующую кромку, то есть в целом они имеют форму прямоугольного треугольника, в то время как перегородки 4 согласно фиг.5 имеют четырехугольную основную форму. Что же касается подробностей конструкции перегородок, то их можно выполнить по-разному, в частности, выпускные устройства могут работать, например, даже при переставленных перегородках фиг.1 и 5. Возможны и другие формы перегородок, например в целом прямоугольная форма с закругленным или скошенным углом.
Выпускные устройства 1 фиг.6 и 7 соответствуют выпускным устройствам фиг.1 и 5. Однако они отличаются в отношении формы ситового полотна 2. Ситовое полотно имеет квадратную форму. Такое ситовое полотно подходит для капсул, форма которых отличается от обычной осесимметричной формы, и которые имеют, например, форму куба или прямоугольного параллелепипеда или в поперечном сечении заканчиваются прямоугольной областью.
Вообще данное изобретение от формы капсулы не зависит, его можно использовать с капсулами любого типа, в частности с капсулами без собственного фильтрующего устройства. Соответственно возможны и другие горизонтальные проекции ситового полотна, например прямоугольные, шестиугольные, эллиптические и т.д. Кроме того, поверхность прилегания вовсе не обязательно должна образовываться в сущности плоским ситовым полотном. Возможны также основные элементы криволинейной или изогнутой формы, или с формой, переходящей в грань 2.1 или угол, определяющие соответствующие неплоские поверхности прилегания или поверхности прилегания, плоские лишь на некоторых участках, как показано на фиг.8. Соответственно перфорирующие элементы 3 не обязательно выступают в параллельном или почти параллельном относительно друг друга направлении, как в случае показанных конструктивных исполнений, в соответствии с поверхностью прилегания они могут выступать в разных направлениях. Тем не менее предпочтительными являются конструктивные исполнения, при которых перфорирующие элементы, в сущности, параллельны направлению перфорирования (или немного отклонены от направления перфорирования, например, на угол не более 10°).
На фиг.9 показана листовая заготовка 31, то есть штампованная из листа деталь, или изготовленная в результате лазерной резки листовая деталь, предназначенная для образования той части перфорирующего элемента, которая содержит перфорирующую кромку, как показано для конструктивных форм, выполненных в соответствии с фиг.5 или 7, либо согласно фиг.14. Штампованная деталь имеет основную форму, переходящую в острие 31.2, которое после гибки вдоль линии сгиба 31.3 (соответствующие способы отработки давлением известны, например гибка или глубокая вытяжка) становится перфорирующим острием 3.2. На чертеже также обозначена часть 31.1, которая сужается в наружном направлении и предназначена для образования перфорирующей кромки.
Кроме этих признаков заготовка 31 также имеет несколько выступающих крепежных выступов 31.4, которые при креплении к ситовому полотну (или к пластине инжектора, как описано ниже в отношении других конструктивных форм) входят в соответствующие отверстия ситового полотна (или пластины инжектора). На нижней стороне ситового полотна или пластины инжектора, то есть на той стороне ситового полотна, которая обращена в противоположную от капсулы сторону, крепежные выступы могут приварить к ситовому полотну или пластине инжектора. В целом при применении известных способов штамповки листов получается весьма простой и поэтому не требующий больших затрат способ изготовления и крепления перфорирующих элементов. Тем не менее вследствие выбранной самонесущей конструкции с частями, отогнутыми относительно друг друга почти под прямым углом, обеспечивается высокая механическая прочность и перфорирующее действие.
Использование заготовки 31 согласно фиг.9 позволяет получить перфорирующие элементы, выступающие под прямым углом к поверхности прилегания, то есть проходящие параллельно направлению перфорирования. Небольшой наклон, как показано на фиг.5 и 7, получают в результате того, что основная линия 31,5 (то есть край, который в собранном состоянии прилегает к поверхности прилегания), расположенная на фиг.10 внизу, проходит не совсем перпендикулярно линии 31.3 сгиба, а под небольшим углом к перпендикуляру так, что основная линия в точке 31.6
пересечения образует с линией 31.3 сгиба тупой угол, как показано на фиг.10.
На фиг.11 показана листовая заготовка 41 для создания перегородки вышеописанного типа. Как и в случае части, содержащей перфорирующую кромку, крепление предпочтительно происходит при помощи крепежных выступов 41.4.
Перфорирующие элементы того типа, который показан на фиг.1 и 6, могут закрепляться аналогичным образом на ситовом полотне или (с удерживающей перегородкой или без перегородки) на пластине инжектора. Такие перфорирующие элементы можно изготовить также аналогичным образом, причем вместо гибки можно применить другой способ обработки листового металла (например, изготовив их из металлических трубок).
На фиг.12а-12d весьма схематично показан уже рассмотренный принцип, в соответствии с которым перфорирующие элементы на поверхности прилегания ограничивают часть 51 поверхности, которую они частично окружают. Математически ограниченная ими часть поверхности может быть определена также как "выпуклая оболочка" проекции перфорирующих элементов на поверхность прилегания. Поверхности сита и перемычки, предпочтительно, по меньшей мере частично проходят в этой ограниченной поверхности. На фиг. 12а показано конструктивное исполнение, соответствующее фиг.5 и 7, фиг.12b соответствует варианту, показанному на фиг.1 и 6. Фиг.12с и 12d иллюстрируют дополнительные варианты. В случае конструктивного исполнения согласно фиг.12с металлический лист согнут дважды, причем перфорирующее острие лежит в плоскости симметрии. В качестве альтернативы, например, могут существовать два перфорирующих острия, каждое из которых расположено в месте сгиба. В варианте, который показан на фиг.12d, перфорирующий элемент состоит из нескольких деталей из листового металла, поэтому изготовление такого элемента требует несколько больших затрат.
Фиг.13-15 иллюстрируют варианты осуществления прокалывающего устройства не в виде выпускного устройства, а в виде инжектора 101, посредством которого в капсулу - обычно под давлением - вводят экстрагирующую жидкость. В отличие от выпускного устройства для инжектора сито не требуется, экстракционная жидкость подается в капсулу, проколотую перфорирующими элементами 103, прямо через отверстия 125 для ввода. Перегородки прокалывающего устройства также не обязательны, так как давление жидкости в процессе заваривания вдавливает жидкость в капсулу, а не из капсулы. Тем не менее перегородки того типа, который был описан при рассмотрении выпускного устройства (на фиг.13-15 перегородки не показаны), в зависимости от материала капсулы предпочтительны также и для инжектора.
Пластина 102 инжектора имеет еще одно отличие от вышеописанных конструктивных исполнений: в ней имеется лишь столько отверстий 125 для ввода, сколько существует перфорирующих элементов. Тем не менее, в принципе в других местах могут быть расположены дополнительные отверстия для ввода.
Фиг.13 иллюстрирует первый вариант осуществления с перфорирующими элементами 103, аналогичными перфорирующим элементам выпускных устройств согласно фиг.1 и 6. В представленных здесь вариантах осуществления перфорирующие элементы состоят из содержащих перфорирующую кромку частей 106, но они также могут иметь (не показанные на чертеже) удерживающие перегородки. На фиг.14 показан второй вариант осуществления с прямоугольной пластиной инжектора и перфорирующими элементами 103, аналогичными наиболее предпочтительным перфорирующим элементам выпускного устройства, выполненным согласно фиг.5 и 7. Вариант осуществления согласно фиг.15 имеет пластину 102 инжектора, образующую ребро 102.1, в особенности он подходит для многогранной капсулы, например, вместе с выпускным устройством, изображенным на фиг.8.
Что касается конструкции пластины 101 инжектора, конструкции и расположения перфорирующих элементов 103, крепления перфорирующих элементов к пластине инжектора, а также других свойств основного элемента, например позиционирующего и центрирующего отверстия 105, то можно сослаться на аналогичное описание выпускного устройства.
На фиг.16 и 17 показан альтернативный вариант осуществления выпускного устройства 1 и, соответственно, инжектора 101. На фиг.16 отверстия сита 21 с микроотверстиями, которое предпочтительно имеется и в этом случае, не показаны. Ситодержатель под ситом имеет множество проходных отверстий (на фиг.21 это не показано) либо - как инжектор 101 - по одному проходному отверстию на каждый перфорирующий элемент 3. От вышеописанных вариантов осуществления эти варианты отличаются следующими признаками.
Удерживающие перегородки 4, 104 перфорирующих элементов по своей высоте (протяженность в направлении, перпендикулярном поверхности прилегания) выдаются из частей 6, 106, содержащих перфорирующую кромку, и имеют острие 4.1, 104.1, начинающее и поддерживающее процесс перфорации. На некотором расстоянии от острия расположена кромка удерживающих перегородок 4,104, но, как сказано выше, не режущая.
Части 6, 106 перфорирующих элементов, содержащие режущую кромку, выполнены за одно целое с держателем (пластина выпускного устройства/ситовое полотно 2) или пластиной 102 инжектора и изготовлены посредством отбортовки этих выступающих частей. Удерживающие перегородки 4, 104 имеют плоскую форму, они изготовлены, например, вышеописанными способами.
Оба этих признака можно использовать независимо друг от друга.
На фиг.18а и 18b весьма схематично показан вид в разрезе (разрез в плоскости, проходящей параллельно поверхности прилегания) и вид на еще один вариант осуществления перфорирующего элемента 3, 103. При изготовлении из исходного продукта в виде металлической трубки делают прорезь 71 и, отогнув внутрь возникшую при этом лапку, образуют удерживающую перегородку 4, 104 (см. фиг.18а). В результате перфорирующий элемент 3, 103 изготавливают за одно целое с частью 6, 106, содержащей перфорирующую кромку, и удерживающей перегородкой 4, 104.
Удерживающие перегородки, в частности ситового полотна 2, и, смотря по обстоятельствам, пластины инжектора перфорирующей функции не имеют, в процессе протыкания и последующего заваривания разрезать (полимерные) стенки капсулы они не должны. Поэтому удерживающие перегородки в соответствии со специальными вариантами осуществления изобретения также могут состоять из материала, твердость которого не допускает образования очень острой режущей кромки или острия для перфорирования полипропиленовых стенок капсулы, имеющих обычную толщину, например, от 0,2 до 0,4 мм. В частности, они могут быть изготовлены из материала, отличающегося от материала перфорирующих элементов. На фиг.19-24 показаны варианты осуществления, где удерживающие перегородки выполнены из другого материала, чем перфорирующие острия и режущие кромки, и при которых это применяют для того, чтобы обеспечить изготовление соответствующего устройства без больших затрат.
Согласно фиг.19-21 выпускное устройство 1 наряду с основным элементом (ситовым полотном 2) имеет держатель 201 выпускного устройства. На нем устанавливают основной элемент 2 с перфорирующими элементами 3, причем направляющий палец 203 входит в позиционирующее и центрирующее отверстие 5. Держатель 201 выпускного устройства представляет собой пластмассовый корпус, например, изготовленный литьем под давлением. На держателе 201 выпускного устройства сформированы перегородки 4, образующие удерживающие перегородки. Для этого перегородки 4 пронизывают соответствующие отверстия 51 в ситовом полотне. Как видно из фиг.21, направляющие перегородки расположены так, что они примыкают к частям перфорирующих элементов, содержащим перфорирующую кромку, или расположены от них через небольшой промежуток. Кроме того, относительно частей, содержащих перфорирующую кромку, эти перегородки ниже, то есть в направлении перфорирования они имеют меньшую высоту, и их высота уменьшается в зависимости от расстояния от перфорирующего элемента. Форма перфорирующих элементов с удерживающими перегородками аналогична форме, показанной на фиг.5.
На фиг.19 отверстия ситового полотна не показаны. Штриховыми линиями 55 обозначено приблизительное положение проходных отверстий ситодержателя, расположенных под ситом с микроотверстиями.
На фиг.22-24 показана аналогичная конструкция инжектора 101. Отверстия 125 для ввода, имеющиеся в пластине 102 инжектора, содержат выступающую в сторону перфорирующих элементов 103 выступающую часть 151, одновременно они образуют отверстия под необязательные удерживающие перегородки 104 инжектора. Эти удерживающие перегородки 104 сформованы на держателе 301 инжектора, который также выполнен в виде пластмассовой литой детали. Номером 303 обозначен направляющий палец 303 держателя 303 инжектора, входящий в позиционирующее и центрирующее отверстие 105.