ОДНОРАЗОВАЯ КАПСУЛА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПИЩЕВОЙ ЖИДКОСТИ С ПОМОЩЬЮ ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЯ
THROWAWAY CAPSULE FOR FOOD FLUID PRODUCTION BY CENTRIFUGATION

Изобретение относится к содержащей пищевое вещество капсуле для приготовления пищевой жидкости, например напитка, с помощью прилагаемых к капсуле центробежных сил. Изобретение также относится к системе, содержащей капсулу и устройство, предназначенное для вмещения капсулы и приготовления пищевой жидкости.
Известен способ приготовления напитков, в котором смесь, состоящая из приготовленного кофе и кофейного порошка, разделяется с помощью центробежных сил. Такая смесь получается при контакте горячей воды и кофейного порошка в течение ограниченного времени. Затем вода продавливается через сетчатый фильтр, на котором присутствует порошок.
В существующих устройствах кофейный порошок помещают в приемную емкость, которая обычно является несъемной частью машины, как, например, описано в EP 0367600 B1. Такие устройства имеют множество недостатков. Во-первых, кофейный порошок должен дозироваться в приемную емкость вручную. Во-вторых, отходы кофе после центрифугирования становятся сухими и должны соскабливаться для удаления с поверхности приемной емкости. В результате приготовление кофе требует значительных усилий и занимает много времени. Кроме того, свежесть кофе может быть разной, что может влиять на качество готового напитка в чашке, поскольку кофе, как правило, поступает из оптовой упаковки или мелется из зерен в самой приемной емкости.
Кроме того, качество готового напитка в чашке может сильно зависеть от выполняемой вручную дозировки кофе и условий его приготовления (например, скорости центрифугирования и размера приемной емкости).
В результате такие системы никогда не достигали большого коммерческого успеха.
В документе DE 102005007852 описана машина, содержащая съемный держатель, в который вставляется открытая чашеобразная часть контейнера, при этом другая часть или крышка присоединены к приводному валу машины. Однако эта машина также имеет недостаток, заключающийся в трудоемкости. Другим недостатком является сложность управления качеством кофе вследствие недостаточных возможностей для регулирования дозировки порошка и отсутствия контроля свежести кофейного порошка.
Другие устройства для приготовления кофе с использованием центробежных сил описаны в WO 2006/112691, FR 2624364, EP 0367600, GB 2253336, FR 2686007, EP 0749713, DE 4240429, EP 0651963, FR 2726988, DE 4439252, EP 0367600, FR 2132310, FR 2513106, FR 2487661, DE 3529053, FR 2535597, WO 2007/041954, DE 3529204, DE 3719962, FR 2685186, DE 3241606 и US-A-4545296.
Применение центробежных сил при приготовлении кофе или других пищевых продуктов имеет множество преимуществ по сравнению с обычными способами приготовления, использующими нагнетательные насосы. Например, в способах приготовления кофе типа «эспрессо» очень трудно управлять всеми параметрами, влияющими на качество экстракции при получении кофейного экстракта. Такими параметрами обычно являются: давление, расход, который уменьшается с падением давления, уплотнение кофейного порошка, которое также влияет на характеристики потока и которое зависит от размера частиц молотого кофе, температура, распределение расхода воды и так далее.
Таким образом, существует потребность в создании нового способа экстракции и предназначенной для него капсулы, с помощью которых можно более эффективно и более независимо управлять параметрами экстрагирования, обеспечивая удобное управление качеством конечной приготавливаемой жидкости.
В то же время имеется потребность в более удобном способе по сравнению с известными способами, в которых применяются центробежные устройства, обеспечивающем лучшее качество готового напитка с более эффективным контролем таких важных для качества параметров, как свежесть и дозировка в приемную емкость.
Изобретение относится к одноразовой капсуле для приготовления пищевой жидкости из содержащегося в капсуле пищевого вещества путем введения в капсулу воды и пропускания ее через вещество под действием центробежных сил для получения пищевой жидкости, центрифугируемой в капсуле в периферийном направлении относительно центральной оси капсулы, соответствующей оси вращения при центрифугировании. Капсула имеет камеру с заданным количеством пищевого вещества и выполненные в камере множество выходных отверстий для обеспечения возможности выхода пищевой жидкости из камеры под действием центробежных сил, прилагаемых к капсуле во время центрифугирования, при этом выходные отверстия расположены на периферийном участке стенки камеры.
Предпочтительно выходные отверстия расположены и по существу распределены радиально в указанном участке стенки относительно центральной оси.
Предпочтительно для сохранения свежести вещества при хранении капсула изготовлена из газонепроницаемого материала. Кроме того, капсула содержит закупоривающую фольгу, установленную между выходными отверстиями и внешней средой для закупоривания капсулы газонепроницаемым образом.
В одном из вариантов осуществления изобретения в капсуле имеется множество выходных отверстий, проходящих сквозь внутренний участок стенки. Например, имеющий выходные отверстия внутренний участок стенки до момента вскрытия капсулы для использования в устройстве с целью получения напитка закрыт от внешней среды газонепроницаемым образом.
Предпочтительно после (по потоку) выходных отверстий камеры имеется накопительная выемка для сбора выходящей из камеры жидкости в виде однородного потока. Также предпочтительно накопительная выемка выполнена кольцевой и расположена по периферии капсулы. Предпочтительно накопительная выемка закрыта с одной стороны внутренним участком стенки, а с другой стороны - закупоривающей фольгой.
Капсула согласно изобретению обеспечивает возможность приготовления жидкости из содержащегося в капсуле вещества под действием центрифугирования за счет вращения капсулы вокруг ее оси вращения.
Множество выполненных в капсуле отверстий расположено так, чтобы дать возможность центрифугируемой жидкости выходить из камеры в определенных местах, которые расположены по существу по периферии камеры вокруг оси вращения капсулы. Отверстия в зависимости от их размера могут обеспечивать фильтрацию жидкости от содержащихся в камере твердых частиц, таких как частицы кофе. Кроме того, если отверстия особенно мелкие, то есть менее 200 мкм, на периферийном участке стенки может быть создан некоторый перепад давления, а именно, примерно от 0,5 до 4 бар.
Множество выходных отверстий может представлять собой ряд щелей и/или отверстий, выполненных в периферийном участке стенки. При этом щели могут обеспечивать выпуск жидкости с подходящей скоростью потока, ограничивая прохождение твердых частиц.
Щели могут быть упорядочены, например, расположены параллельно друг другу в по меньшей мере один ряд вдоль периферийного участка стенки камеры. Щели могут иметь относительно небольшую длину, например, от 0,5 до 5 мм и небольшую ширину, например, от 0,08 до 0,6 мм.
Предпочтительно диаметр или ширина каждого из выходных отверстий меньше среднего размера частиц пищевого вещества, поэтому отверстия сами по себе могут выполнять функцию фильтрования.
2
2
От размера отверстий, их количества и общей площади сечения поверхности зависит также и перепад давления на участке стенки, поэтому размер отверстий на участке стенки может быть подобран так, чтобы получить некоторый перепад давления непосредственно в самой капсуле. Это обеспечивает поддержание некоторого давления в камере, тем самым улучшая взаимодействие между пищевым веществом и водой. В зависимости от размера отверстий и параметров центрифугирования, например скорости вращения, характеристики напитка могут также регулироваться, в частности, в случае приготовления кофейных напитков. Диаметр или ширина отверстий может составлять от 1 до 800 мкм, предпочтительно от 10 до 600 мкм. Общая площадь поверхности отверстий периферийного участка стенки также предпочтительно составляет менее 50% общей площади поверхности указанного участка стенки, наиболее предпочтительно - менее 40%. В одном из вариантов осуществления изобретения общая площадь поверхности отверстий составляет от 5 до 200 мм, предпочтительно от 10 до 50 мм.
Значительный перепад давления на периферийном участке стенки может быть получен, когда ширина или диаметр отверстий составляют менее 200 мкм, например, от 1 до 200 мкм. На участке стенки может быть успешно получен перепад давления, превышающий атмосферное давление на величину примерно от 1 до 4 бар, более предпочтительно от 2 до 3 бар. В случае кофе в пределах этого диапазона давлений может быть успешно приготовлен жидкий экстракт с высокой концентрацией твердых частиц, сравнимый с кофе типа «ристретто», «эспрессо» или «лунго».
Более низкая величина перепада давления, например ниже 1 бар, получается, когда отверстия имеют ширину или диаметр, равный или превышающий 200 мкм, и когда на пути течения не установлено никаких ограничителей потока, таких как дополнительный клапан, устанавливаемый в устройстве на пути потока жидкости и создающий более высокий перепад давления. В случае низкого перепада давления на пути потока жидкости для задержания твердых частиц в камере может использоваться участок стенки с более крупными выходными отверстиями. Однако жидкость стремится как можно быстрее покинуть камеру (то есть развивается более высокая скорость потока), и взаимодействие между водой и материалом в полости происходит в меньшей степени. В случае кофе это может приводить к более низкому содержанию твердых веществ и меньшей крепости аромата кофейного экстракта, сравнимой с кофе, получаемым способом фильтрации.
Также участок стенки с выходными отверстиями может быть образован бумажным фильтром или ткаными либо неткаными волокнами, ячеистым материалом, пористой полимерной мембраной или их комбинацией. В этом случае часть участка стенки может быть образована полосой или другим фрагментом фильтрующего, волокнистого или ячеистого материала. Ячеистый материал может быть изготовлен, например, из металлической и/или полимерной проволоки. Волоконный материал может быть тканью из полимерных и/или натуральных волокон. В этих различных случаях отверстия могут представлять собой поры, образованные между волокнами материала. В частности, полимерный тканый или ячеистый материал или пористая полимерная мембрана могут быть устойчивыми на разрыв и могут иметь низкую пористость, то есть ниже 200 мкм, более предпочтительно от 1 до 100 мкм, для обеспечения значительного перепада давления, то есть в пределах около 1-4 бар. Подходящий материал может быть тканой мембраной из полиэтилентерефталата.
Предпочтительно капсула также имеет кольцеобразную накопительную выемку для напитка. Далее по потоку за множеством выходных отверстий может располагаться выемка, в частности, для сбора жидкости, выталкиваемой вследствие центрифугирования к стенкам камеры и проходящей сквозь выходные отверстия. Выемка может быть закрыта закупоривающей крышкой, поэтому перед выходом из капсулы центрифугируемая жидкость, покидающая камеру, скапливается в накопительной выемке. Это обеспечивает более однородный поток покидающей капсулу жидкости. Выемка также обеспечивает наличие в капсуле достаточного пространства для ввода в нее прокалывающих элементов устройства для приготовления напитков с целью образования выпускных отверстий для напитка.
Предпочтительно капсула имеет чашеобразный корпус. Корпус предпочтительно имеет боковую стенку, заканчивается отверстием на большем сечении и закрыт дном на меньшем сечении. Таким образом, боковая стенка расширяется в направлении открытого конца. Предпочтительно на чашеобразный корпус устанавливается крышка, закрывающая открытый конец корпуса и образующая вместе с корпусом камеру, содержащую пищевое вещество. Частью крышки, в частности, может быть участок стенки, имеющий выходные отверстия. Такая конструкция является относительно более простой в отношении промышленного выпуска и сборки. В частности, крышка содержит по меньшей мере один участок периферийной выемки, образующей средство накопления напитка, проходящего через выходные отверстия. Например, капсула содержит по своей периферии кольцевую канавку U-образного сечения, открытую наружу, то есть в направлении, противоположном внутренней части камеры, и образующую углубленное накопительное средство. Канавка образована внутренним участком стенки, в которой выполнены отверстия, например ряд периферийных щелей. Кроме того, канавка может иметь внешний участок, образующий зацепляющую кромку, опирающуюся на внутренний опорный участок чашеобразного корпуса. Зацепляющая кромка может образовывать достаточно хорошо уплотненную поверхность контакта с опорным участком чашеобразного корпуса, чтобы предотвращать протекание жидкости, минуя отверстия.
Накопительная выемка может непрерывно проходить по периферии крышки, обеспечивая хорошее распределение центрифугируемой жидкости снаружи перед выходом из капсулы.
В качестве альтернативы накопительная выемка может быть частью корпуса. Например, корпус может быть пластмассовым элементом, выполненным горячим формованием, включая выемку. Предпочтительно выемка расположена на расширенном открытом сечении корпуса.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения газонепроницаемая закупоривающая фольга закрывает, по меньшей мере, один участок крышки. В частности, закупоривающая фольга закрывает, по меньшей мере, накопительную выемку. Таким образом, накопительная полость может быть закрытой газонепроницаемым образом до момента использования капсулы в устройстве для приготовления напитков. В результате до момента использования капсулы через выполненные в камере выходные отверстия, например через внутренний участок крышки, в капсулу из окружающей среды фактически не поступает воздух. В результате содержащееся в капсуле вещество, такое как кофе или молоко, в меньшей степени подвергается возможному окислению.
В одном из вариантов осуществления изобретения закупоривающая фольга приварена к чашеобразному корпусу и/или крышке и может быть проколота прокалывающим средством впрыска воды. В то же самое время, чтобы жидкость могла покинуть капсулу, в фольге могут быть выполнены одно или несколько выпускных отверстий, например, прокалыванием с помощью одного или нескольких прокалывающих/продавливающих элементов, не относящихся к капсуле, например, нескольких игл устройства для приготовления напитков. Например, в фольге в области накопительной выемки могут быть выполнены три или четыре выпускных отверстия, чтобы дать возможность центрифугируемой жидкости покидать капсулу соответствующим количеством потоков. В другом варианте осуществления изобретения закупоривающая фольга съемным образом прикреплена к чашеобразному корпусу и/или крышке и может быть легко снята. В этом случае фольга удаляется перед установкой капсулы в устройство для приготовления напитков.
Для прикрепления закупоривающей фольги к чашеобразному корпусу чашеобразный корпус содержит периферийную кромку. Закрепление может быть выполнено, например, ультразвуковой или термической сваркой.
Крышка капсулы может образовывать внутренний элемент, который может быть просто вставлен в чашеобразный корпус или может быть закреплен с помощью дополнительного средства соединения, такого как сварка. Когда закупоривающая фольга установлена на крышке и прикреплена к кромке чашеобразного корпуса, крышка может быть просто вставлена в посадочное место корпуса, например, на периферийной внутренней кромке чашеобразного корпуса без дальнейшего присоединения, так как фольга, закрепленная на кромке с достаточным натяжением, может препятствовать смещению крышки с посадочного места корпуса.
Также крышка может иметь, по меньшей мере одно впускное отверстие, образующее проход для средства впрыска воды, вводимого в капсулу. Впускное отверстие в крышке может быть закрыто небольшим участком пластмассовой стенки, пригодным к прокалыванию, или же может оставаться открытым. Предпочтительным может быть сохранение впускного отверстия в закрытом состоянии с помощью, например, разрушаемой пластмассовой части, чтобы предотвращать свободное покидание камеры веществом, таким как кофейные частицы, и препятствовать его расположению в промежутке между крышкой и закупоривающей фольгой. Впускное отверстие выполнено вдоль центральной оси вращения капсулы. В этом случае впрыскивающая воду часть устройства для приготовления напитков может быть неподвижной частью устройства и может не приводиться во вращение. Это значительно упрощает конструкцию устройства. Кроме того, впускное отверстие может иметь трубчатый участок, расширяющийся в направлении камеры. Расширение этого участка способствует выталкиванию воды внутрь камеры во время центрифугирования. Согласно изобретению капсула может содержать пищевые вещества, выбранные из большого числа пищевых ингредиентов или смесей пищевых ингредиентов.
В частности, вещество может представлять собой молотый кофе, быстрорастворимый кофе, сухой порошок на молочной основе, молочный или немолочный компонент, образующий пенку, какао, подсластитель, листовой чай, травяной чай, быстрорастворимый чай, кулинарный порошок, растворимую или диспергируемую питательную композицию, жидкий пищевой концентрат и их комбинацию. Капсула может быть выполнена из газонепроницаемых упаковочных материалов для максимально длительного поддержания свежести вещества в капсуле. В частности, чашеобразный корпус может быть выполнен из пластмасс пищевой категории качества и по меньшей мере одного газонепроницаемого слоя. Например, чашеобразный корпус изготавливается горячим формованием из слоистой пластмассы, содержащей по меньшей мере один слой полипропилена и по меньшей мере один газонепроницаемый слой сополимер этилена и винилового спирта. Чашеобразный корпус и/или крышка могут быть выполнены из пластмассы горячим формованием или литьем под давлением. Крышка может быть выполнена в виде пористой мембраны, изготовленной из полимера, такого как полиэтилентерефталат. В одном из вариантов осуществления изобретения корпус и/или крышка могут быть изготовлены глубокой вытяжкой из тонкого металла, такого как алюминиевый сплав, или составного материала из пластмассы и алюминиевого сплава.
Изобретение также относится к капсуле для приготовления пищевой жидкости из содержащегося в ней пищевого вещества путем введения в капсулу воды и пропускания ее через вещество под действием центробежных сил для получения пищевой жидкости, центрифугируемой в капсуле в периферийном направлении относительно центральной оси капсулы, соответствующей оси вращения при центрифугировании. Капсула содержит чашеобразный корпус для вмещения заданного количества пищевого вещества, участок стенки, ограничивающий совместно с корпусом камеру, содержащую пищевое вещество, при этом по периферии указанного участка стенки выполнено множество отверстий, обеспечивающих возможность выхода пищевой жидкости из камеры под действием центробежных сил. Кроме того, капсула содержит закупоривающую мембрану, присоединенную к корпусу для закрывания капсулы газонепроницаемым образом, и накопительную выемку между участком стенки и закупоривающей мембраной.
Изобретение также относится к системе для приготовления пищевой жидкости из содержащегося в контейнере пищевого вещества путем пропускания через вещество воды с помощью центробежных сил, содержащей:
- устройство для вмещения контейнера, включающее в себя средство приведения контейнера во вращение вокруг оси,
- контейнер является съемным и образует одноразовую капсулу, содержащую камеру с участком стенки, имеющим множество радиальных или периферийных выходных отверстий.
Далее изобретение будет описано со ссылками на чертежи.
На фиг.1 показана капсула согласно изобретению, вид в перспективе сверху;
на фиг.2 - капсула согласно изобретению, вид в перспективе снизу;
на фиг.3 - капсула согласно изобретению, вид в сечении;
на фиг.4 - капсула согласно изобретению со снятой закупоривающей фольгой, вид в перспективе сверху;
на фиг.5 - крышка капсулы согласно изобретению, вид в перспективе сверху;
на фиг.6 - то же, вид в перспективе снизу;
на фиг.7 - устройство для приготовления напитков согласно изобретению, вид в перспективе;
на фиг.8 - модуль для получения напитков в открытом состоянии, вид в перспективе;
на фиг.9 - разрез по линии А-А на фиг.8;
на фиг.10 - фрагмент изображения на фиг.9 в увеличенном масштабе;
на фиг.11 - узел впрыска воды модуля, изображенного на фиг.9 и 10;
на фиг.12 - другой вариант выполнения модуля, показанного на фиг.9;
на фиг.13 - фрагмент изображения на фиг.12 в увеличенном масштабе;
на фиг.14 - один из вариантов выполнения капсулы согласно изобретению, вид в сечении;
на фиг.15 - крышка капсулы, изображенной на фиг.14, вид в перспективе снизу;
на фиг.16 - капсула согласно другому варианту осуществления изобретения, вид в сечении в перспективе;
на фиг.17 - капсула, изображенная на фиг.16, вид в сечении;
на фиг.18 - капсула согласно еще одному варианту осуществления изобретения, вид в сечении.
Как показано на фиг.1 и 2, капсула 1 согласно изобретению, как правило, содержит чашеобразный корпус 2, закупоренный закупоривающей фольгой 3. Закупоривающая фольга 3 прикреплена к периферийной кромке 4 закупориваемого кольцевого участка 5 корпуса. Кромка 4 может выступать за пределы корпуса, образуя небольшой кольцевой участок шириной, например, около 2-5 мм. Чашеобразный корпус содержит дно 6 и боковую стенку 7, которая предпочтительно расширяется в направлении большого открытого основания корпуса, противоположного дну. Предпочтительно чашеобразный корпус является жестким или полужестким. Он может быть выполнен из пластмассы, пригодной для пищевых продуктов, например, полипропилена, с газонепроницаемым слоем из, например, сополимер этилена и винилового спирта и другого подобного материала, или из алюминиевого сплава или составного материала из пластмассы и алюминиевого сплава. Закупоривающая фольга 3 может быть изготовлена из более тонкого материала, такого как слоистая пластмасса, также включающего барьерный слой или алюминиевый сплав, или комбинацию пластмассы и алюминиевого сплава. Толщина закупоривающей фольги обычно составляет от 50 до 250 мкм. Закупоривающий элемент из фольги может быть проколот, чтобы получить впускное отверстия для воды и выходное (выходные) отверстие (отверстия) для напитка, как описано далее.
В вариантах осуществления изобретения, показанных на фиг.3-6, капсула содержит внутренний элемент, образующий крышку 8, вставленную в чашеобразный корпус. Крышка 8 и корпус 2 образуют внутреннюю полость 14 для пищевого продукта 22. Предпочтительно центральная ось A является осью симметрии капсулы. Однако сечение капсулы не обязательно является круглым, оно может иметь и другую форму, например, форму квадрата или многоугольника.
На фиг.5 и 6 показана крышка 8, которая может представлять собой пластмассовый диск, содержащий центральный участок 9 и периферийный участок 10. Центральный участок может быть по существу плоским и иметь впускное отверстие 11, обеспечивающее введение средства впрыска воды устройства для приготовления напитков. С внутренней стороны 12 крышки впускное отверстие может быть продолжено трубчатым входным участком 13, направляющим воду к дну корпуса. Этот трубчатый входной участок обеспечивает полное смачивание находящегося в камере вещества и снижает тем самым риск сохранения, например, «пятен сухого порошка». Предпочтительно впускное отверстие закрыто разрушаемой или прокалываемой закупоривающей частью 15. Эта часть не допускает заполнения содержащимся в камере веществом промежутка между верхней поверхностью крышки и закупоривающей фольгой. Крышка, кроме того, содержит периферийный участок 10 с накопительной выемкой 16. Накопительная выемка в сечении имеет U-образную форму, открытую в направлении закупоривающей фольги (фиг.3). Предпочтительно выемка проходит непрерывно по периметру крышки, хотя она может быть заменена несколькими несплошными углубленными участками, которые могут разделяться, например, усиливающими элементами или стенками. Накопительная выемка содержит внутренний периферийный участок стенки 17, в котором выполнен ряд выходных отверстий 18 для сообщения по жидкости камеры 14 с накопительной выемкой 16.
Как показано в этом примере, отверстия могут быть щелями или отверстиями, распределенными по внутреннему периферийному участку стенки 17. Например, количество щелей может быть от 5 до 200, предпочтительно от 10 до 100. Предпочтительно ширина этих щелей меньше среднестатистического размера частиц вещества. Например, для молотого кофе ширина щели не превышает 600 мкм, предпочтительно менее 500 мкм, наиболее предпочтительно - менее 250 мкм. В случае необходимости щели могут быть расположены на центральном участке 9 или на дне выемки 16. Щели могут быть заменены отверстиями круглого сечения, диаметр которых меньше среднестатистического размера частиц вещества.
Накопительная выемка 16 образует периферийную кольцевую канавку небольшой глубины, например от 2 до 10 мм, обеспечивающую возможность введения прокалывающих элементов через закупоривающую фольгу с целью образования выходных отверстий для приготовленной жидкости, получаемой в капсуле, как описано далее. Накопительная выемка открыта вверх по направлению к закупоривающей мембране, которая ее закрывает. Кроме того, накопительная выемка 16 содержит внешний периферийный участок 19, образующий кромку, опирающуюся на посадочный участок 20 чашеобразного корпуса. Внешний участок 19 может соединяться с посадочным участком 20 посредством достаточно плотного зацепления. Для обеспечения дополнительного закупоривания, предохраняющего от возможного попадания жидкости в пространство между крышкой и внутренней поверхностью корпуса капсулы, от выемки может выступать дополнительный закупоривающий участок 21, проходящий по внутренней поверхности боковой стенки корпуса в направлении дна чашеобразного корпуса. Разумеется, углубленное накопительное средство может иметь различные формы. Например, выемка 16 может быть образована крышкой 8 и боковой стенкой 7 чашеобразного корпуса (как показано на фиг.13). В этом случае внешний периферийный участок 19 может отсутствовать.
Как показано на фигурах, ряд выходных отверстий, например щели 18, предпочтительно расположены на расширяющейся относительно центральной оси A части камеры или рядом с ней, поэтому центрифугируемая жидкость будет стремиться проходить вдоль внутренней поверхности боковой стенки корпуса вплоть до внутренней стороны 12 крышки и затем выходить сквозь щели. Крышка 8 полностью закрыта закупоривающей фольгой 3, когда та наклеена на кромку чашеобразного корпуса. Закупоривающая фольга также может закрывать только накопительную выемку, включая область щелей.
Следует отметить, что крышка 8 может быть жестким или полужестким элементом, изготовленным из пластмассы горячим формованием или литьем под давлением. Однако не эта часть может также изготавливаться в виде гибкой мембраны, прикрепляемой к внутренней поверхности чашеобразного корпуса.
Кроме того, в камере напротив внутренней поверхности 12 крышки может быть расположена фильтрующая стенка. Фильтрующая стенка может обеспечивать улучшенную фильтрацию, например, для вещества с малым размером частиц или для задержки выпуска центрифугируемой жидкости из камеры, создавая более значительный перепад давления. Фильтрующая стенка может представлять собой бумажный фильтр или тонкую полимерную пленку, наклеенную на поверхность 12 крышки.
Крышка может просто вставляться в чашеобразный корпус или закрепляться с помощью любого средства соединения, например, ультразвуковой сваркой.
На фиг.7 и 8 описана система, содержащая капсулу согласно изобретению и устройство для приготовления напитков.
Система содержит капсулу 1 и устройство 23 для приготовления напитков. Устройство имеет модуль 24, в который может быть вставлена капсула. Капсула содержит пищевое вещество, используемое для приготовления напитка, причем после использования капсула удаляется из модуля для утилизации (например, в отходы или на переработку органического и неорганического сырья). Модуль 24 сообщен по жидкости с источником воды, например с резервуаром 25. В системе 27 циркуляции жидкости между модулем и источником воды имеется устройство для подачи жидкости, например насос 26. Кроме того, в системе циркуляции жидкости имеется водонагреватель 28, предназначенный для подогрева воды до ее поступления в модуль. Водонагреватель может быть введен в систему циркуляции жидкости для нагревания свежей воды, поступающей из резервуара или, как вариант, может находиться в резервуаре для воды, который в этом случае становится водогрейным котлом. Разумеется, вода также может поступать непосредственно из водопровода через соединение с водопроводным краном.
Вода может подаваться в модуль 24 при низком давлении или под действием силы тяжести. Например, на входе в модуль вода может иметь давление, превышающее атмосферное давление на величину от 0 до 1 бар. При использовании нагнетательного насоса, например поршневого, вода может подаваться при давлении, превышающем 2 бар.
Модуль 24 для приготовления напитков может содержать два основных заключающих в себе капсулу узла 29 и 30, содержащих узел впрыска воды и узел получения жидкости. Эти два узла соединены друг с другом соединительной системой 31 байонетного типа и заключают в себе капсулу. Узел 30 получения жидкости содержит трубку 32 для жидкости, выступающую, например, со стороны этого узла и предназначенную для отвода выходящей из капсулы центрифугируемой жидкости в приемную емкость, такую как чашка или стакан. Как показано на фиг.8, трубка для отвода жидкости сообщена с накопителем 33 жидкости, имеющим цилиндрическую стенку, расположенную на небольшом расстоянии от вращающегося барабана 34, в который вставляется капсула. Накопитель жидкости и барабан образуют промежуточную полость 63, предназначенную для сбора жидкости, как будет описано далее. Ниже узла 30 получения жидкости расположен привод вмещающего капсулу барабана 34 во вращение внутри узла. Предпочтительно привод содержит двигатель 40, который может питаться от источника электричества или может быть газовым двигателем.
Узел впрыска воды содержит сторону впуска воды, имеющую впускное отверстие 35, сообщенное с системой 27 циркуляции воды.
Как показано на фиг.9 и 10, вращающийся барабан 34 выполнен в виде полого держателя капсулы, внутренняя полость 36 которого имеет ответную капсуле форму. Вращающийся барабан 34 в осевом направлении продолжается вращающимся валом 37, установленным с возможностью вращения относительно внешнего основания 38 накопителя 33 жидкости с помощью средства направления вращения 39, такого как шариковый или игольчатый подшипник. Таким образом, вращающийся барабан имеет возможность вращения вокруг центральной оси I, а внешнее основание 38 накопителя является неподвижным относительно устройства. Накопитель 33 жидкости может быть прикреплен к корпусу 43 двигателя, например, болтами 44. В месте стыковки вращающегося вала 37 барабана и вала 42 двигателя 40 установлена механическая муфта 41.
Как показано на фиг.10 и 11, узел 29 впрыска воды содержит центрально расположенное средство 45 впрыска воды, установленное неподвижно относительно продольной оси I устройства. Средство впрыска воды содержит центральный трубчатый элемент 46 для подачи воды от впускного отверстия 35 к выходному отверстию 47, причем центральный трубчатый элемент 46 выступает внутрь камеры 14 капсулы. Выходное отверстие для воды образовано прокалывающим средством 48, таким как заостренный конец трубки, выполненный с возможностью прокалывания отверстия в закупоривающей капсулу фольге и в разрушаемой части трубчатого впускного отверстия 13 крышки.
Вокруг средства впрыска воды установлена вращающаяся зацепляющая часть 49. Зацепляющая часть 49 имеет центральное отверстие, предназначенное для вмещения средства впрыска воды и средства направления вращения, такого как шариковый или игольчатый подшипник 50, установленный между частью 49 и средством 45 впрыска. Зацепляющая часть, кроме того, содержит элементы 51, 52, 53, 54, прокалывающие выходные отверстия и выступающие из зацепляющей стенки 55, имеющей форму диска. Прокалывающие элементы могут быть небольшими цилиндрическими участками с наклонной режущей поверхностью, способными прорезать или прокалывать мелкие отверстия в закупоривающей фольге 3 капсулы. Предпочтительно прокалывающие элементы равномерно распределены по периферии стенки 55 для образования в капсуле нескольких отверстий, обеспечивающих выход центрифугируемой жидкости из капсулы в несколько потоков.
Согласно изобретению узел 29 впрыска воды содержит также клапанную систему 56 для управления потоком выходящей из устройства жидкости. Клапанная система 56 может быть установлена на зацепляющей части 49 в виде кольцевого участка 57 зацепления, который смещается под действием упругого средства 58, например пружины. Кольцевой участок 57 зацепления содержит прижимную периферийную поверхность 59, которая под действием упругого средства прикладывает запирающее усилие к периферийной кромке 4 капсулы для ограничения потока жидкости. Поверхность 59 может иметь конусную или V-образную форму для усиления давления на локализованном участке. Участок 57 зацепления, кроме того, содержит внутреннюю опорную часть 60. Таким образом, упругое средство 58 установлено между опорной частью 60 и противодействующим участком 61 зацепляющей части 49. В исходном положении участок 57 зацепления клапанной системы под сдавливающим действием упругого средства 58 остается запертым по кромке капсулы.
Узел 29 зацепления капсулы может также содержать трубчатый участок 62, выступающий во внутреннюю кольцевую полость 63 узла 30 получения жидкости, когда эти два узла заперты друг относительно друга вокруг капсулы. Этот трубчатый участок 62 образует отражательную стенку для центрифугируемой жидкости, которая под давлением проходит через клапанную систему. Предпочтительно участок 62 неподвижно расположен на узле 29. Узел, кроме того, содержит захватную часть 64, облегчающую его присоединение к узлу 30 получения жидкости. Для удобства захватная часть 64 может иметь рифление. Захватная часть может быть закреплена на неподвижном основании узла 29 винтами 67. Захватная часть может быть заменена рычагом или другим подобным средством.
Как уже упоминалось, для соединения узлов 29, 30 между собой имеется средство соединения. Например, на стороне трубчатой поверхности узла 29 впрыска воды имеются небольшие штифты 65, которые могут входить в зацепление с боковыми запирающими вырезами 66 на трубчатой поверхности узла 30 получения жидкости. Таким образом, между этими двумя узлами может быть осуществлено соединение угловым вращательным или винтообразным закупоривающим движением, обеспечивающим возможность зацепления штифтов с продолговатыми вырезами 66. Разумеется, вместо байонетного соединения может быть другое средство соединения, например резьбовое, или средство закупоривания посредством поступательного движения.
Система согласно изобретению работает следующим образом.
Устройство для капсул открывается перемещением двух узлов 29, 30 друг относительно друга, например отсоединением байонетного соединения и разделением двух узлов 30 и 29. В результате одноразовая закупоренная капсула 1, содержащая пищевое вещество, например молотый жареный кофе, может быть вставлена в устройство, то есть расположена в полости вращающегося барабана 36. Помещаемая в устройство капсула закрыта газонепроницаемой закупоривающей фольгой 3. Устройство затем закрывается узлом 29, вновь присоединяемым к узлу 30, и запирается соединяющим средством. В закрытом устройстве капсула открывается средством впрыска воды, которое прокалывает закупоривающую фольгу капсулы и вводится внутрь капсулы через впускное отверстие 35. В это же время на периферии закупоривающей фольги прокалывающими элементами 51-54 прокалывается несколько выходных отверстий для жидкости. Таким образом, через центральное средство 45 впрыска воды в капсулу может вводиться вода. В узлах впрыска могут быть выполнены вентиляционные отверстия для обеспечения возможности выхода из капсулы газа во время введения в нее воды. Капсула может быть приведена во вращение двигателем 40. Процесс центрифугирования может быть начат одновременно с началом впрыска вводимой в капсулу воды или немного до или после начала впрыска воды.
Например, в случае приготовления напитка из молотого кофе перед началом процесса центрифугирования, выполняемого посредством вращения капсулы, предпочтительно выждать несколько секунд, в течение которых вода заполняет капсулу. Благодаря этому вода сможет должным образом проникнуть в кофе до центрифугирования жидкости, тем самым предотвращая образование областей, остающихся в данной порции кофе сухими. Центрифугирование выполняется вращением капсулы вокруг центральной оси I вращения устройства, которая предпочтительно соосна центральной оси капсулы. Скорость вращения предпочтительно составляет от 1000 до 16000 об/мин, более предпочтительно от 5000 до 10000 об/мин. В устройстве иметься блок управления, регулирующий скорость вращения в зависимости от приготавливаемой жидкости и/или находящегося в капсуле вещества. Чем выше скорость вращения, тем большее давление жидкости действует на периферийную стенку капсулы и тем больше уплотняется вещество на боковой стенке капсулы. Важно заметить, что более высокие скорости вращения способствуют приготовлению экстракта кофе, содержащего меньшее количество сухого вещества, так как время пребывания жидкости в слое кофе оказывается коротким. Более низкие скорости вращения обеспечивают получение более крепкого кофе (в отношении содержания сухого вещества кофе), так как время пребывания жидкости в капсуле оказывается более длительным. Приготовление напитка происходит в капсуле с помощью проходящей через вещество воды, обеспечивающей экстракцию или частичное, либо полное диспергирование или растворение вещества. В результате центрифугируемая жидкость может проходить через множество выходных отверстий 18 капсулы, например через крышку 8.
Под действием центробежных сил вещество, такое как кофейный порошок, стремится уплотняться в радиальном направлении, а вода при этом стремится к прохождению через вещество. В результате вещество оказывается одновременно уплотненным и хорошо смоченным водой. Благодаря высокой скорости вращения капсулы центробежные силы равномерно воздействуют на массу вещества, следовательно, распределение воды также становится более однородным по сравнению с обычными способами, использующими для создания давления в капсуле нагнетательные насосы. В результате уменьшается риск возникновения преимущественных путей протекания через вещество, которые могут приводить к образованию областей, не смоченных должным образом и, вследствие этого, не подвергающихся надлежащей обработке или растворению. В случае порошка молотого кофе жидкость, которая достигает внутренней боковой стенки капсулы, оказывается жидким экстрактом. Затем этот жидкий экстракт перетекает вверх по внутренней стороне боковой стенки капсулы. Размеры выходных отверстий 18 в камере устанавливаются в зависимости от находящегося в капсуле вещества. Мелкие отверстия, такие как щели небольшой ширины или отверстия малого диаметра, обеспечивают фильтрацию, удерживая твердые частицы в полости капсулы и позволяя проходить через отверстия только жидкому экстракту. Эти отверстия могут также образовывать достаточные тонкие сужения для создания усилий сдвига и образования вследствие этого пены.
Некоторое количество содержащегося в капсуле газа может оказаться захваченным в жидкости, и вследствие сброса давления после сужений газ образует в жидкости множество мелких пузырьков. Значительное усилие сдвига в центрифугируемой жидкости может также быть создано на проколотых иглами выпускных отверстиях. Клапанная система 56 устройства может начать открываться по мере роста на клапане давления жидкости, выходящей из капсулы. Управляя с помощью клапанной системы временем задержки открывания, можно обеспечить достаточное взаимодействие между водой и содержащимся в капсуле веществом. Эта регулируемая задержка зависит от различных параметров, таких как скорость вращения, усилие упругого средства (то есть жесткость пружины), перепад давлений, создаваемый веществом, размер выходных отверстий и т.д. Открытие клапанной системы производится прижимной поверхностью 59 клапанной системы, приподнимающейся по мере того, как возрастает давление жидкости на ее внутренней поверхности. Следует отметить, что кромка капсулы также может быть по существу гибкой, чтобы деформироваться под действием давления жидкости. В результате относительное перемещение прижимной поверхности и капсулы создает небольшой проход, позволяющий жидкости выходить из небольшого промежутка перед клапанной системой. При относительно высоких скоростях вращения может образовываться струя жидкости, которая сталкивается с внутренней поверхностью участка 62. Жидкость начинает наполнять полость 68 узла получения жидкости и может вытекать через трубку 32 для выпуска жидкости, чтобы собираться в расположенной внизу чашке или стакане.
На фиг.12 и 13 показан другой вариант осуществления изобретения, при этом для обозначения одних и тех же или подобных элементов использована одинаковая нумерация позиций. В этом варианте осуществления изобретения клапанная система 56 характеризуется тем, что упругое средство является уплотнительным кольцом 69 из упругой резины, вставленным между сдавливающей поверхностью 59 и неподвижным участком 61 узла 29 впрыска воды. Уплотнительное кольцо расположено между двумя вогнутыми участками 70, 71 клапанной системы. В процессе приготовления напитка давление жидкости в капсуле стремится приподнять сдавливающую поверхность 59 для образования прохода между кромкой 4 капсулы и сдавливающей поверхностью. Сдавливающая поверхность может иметь острый кончик, способный создавать концентрацию сил на кромке. Разумеется, упругое средство и сдавливающий участок могут быть одним элементом. Например, сдавливающий участок может быть изготовлен из упругого резинового материала.
Как показано на фиг.12 или 13, средство впрыска воды может представлять собой выполненное в капсуле простое впускное отверстие без прокалывающего средства. В этом случае капсула предварительно вскрывается до введения в устройство, то есть закупоривающая фольга прикреплена к кромке корпуса с возможностью отслаивания для обеспечения возможности ее снятия. Как вариант, перед установкой капсулы в устройство в фольге прокалывается центральное отверстие. Кроме того, с помощью водонепроницаемого закупоривающего средства 72, которое прикладывает некоторое обеспечивающее водонепроницаемость закупоривающее давление к верхней стороне капсулы, может быть выполнено герметичное зацепление со средством впрыска воды. Благодаря этому предотвращается просачивание воды по верхней стороне капсулы и протекание ее в обход капсулы с прямым выходом через выходное отверстие.
Капсула согласно изобретению может иметь и другие варианты выполнения, такие как показаны на фиг.14 и 15. В основном конструкция капсулы такая же, как и в предыдущих вариантах выполнения, за исключением того, что выходные отверстия образованы фильтровальной бумагой, тканым или нетканым участком или другой ячеистой или пористой мембраной 72. Таким образом, крышка 8, которая вставляется в чашеобразный корпус 2, содержит проходящую по кругу ленту из пористого материала. Пористый материал обеспечивает ограничение потока, создавая некоторый перепад давления, например, от 0,5 до 4 бар, и приводит к фильтрованию твердых частиц. В частности, размер пор материала может быть выбран таким, чтобы удерживать также мелкие частицы кофе, то есть частицы с размерами не более 90 мкм. Бумага, ткань, ячеистый или пористый материал могут быть образованы из ленты или лент, приваренных к крышке или иным образом соединенных с ней.
Также для обеспечения фильтрации выемка 16 может быть заполнена пористым сжимаемым материалом, например губкой или тканью.
Система, в которой используются капсулы согласно изобретению, показывает хорошие результаты при приготовлении напитков, обеспечивая величины содержания сухого вещества, превышающими получаемые с помощью обычных систем. Результаты показывают очень высокую воспроизводимость от капсулы к капсуле. Как ни удивительно, пенка также оказалась заметно улучшенной, обладая более маслянистой, более устойчивой и более плотной структурой.
Как показано на фиг.16 и 17, капсула согласно изобретению может также содержать камеру, образованную чашеобразным корпусом 2 и пористой стенкой 80. Чашеобразный корпус имеет основную полость 82, предназначенную для хранения пищевого вещества, и периферийную выемку 81 для вмещения жидкого экстракта, который проходит сквозь пористую стенку 80 во время центрифугирования. Выемка 81 ограничена внутренней кромкой 83 и внешним ободом 84. Пористая стенка 80 может быть присоединена к внутренней кромке 83 выемки 81. К внешнему ободу 84 корпуса предпочтительно присоединяется газонепроницаемая мембрана из фольги 86. Внутренняя кромка предпочтительно расположена ниже внешнего обода для образования свободного пространства 85 между пористой стенкой 80 и фольгой мембраны 86. Пористая стенка может быть приварена термической или ультразвуковой сваркой к внутренней кромке 83.
Пористая стенка 80 может иметь отверстия (то есть поры) по всей своей поверхности или же только по периферийному участку стенки. На фиг.16 показан участок стенки 87, который обычно имеет отверстия, в то время как центральный участок 88 отверстий не имеет. В другом варианте осуществления изобретения оба участка 87, 88 имеют отверстия.
Давление зависит от различных факторов, в частности от скорости вращения капсулы в устройстве, радиуса периферийного участка стенки 87 (особенно в отношении определения величины относительной центробежной силы g на участке 87) и размера отверстий. Размер отверстий предпочтительно составляет от 1 до 600 мкм. Более предпочтительно размер отверстий составляет от 10 до 200 мкм, образуя средство ограничения потока, которое создает некоторое падение давления во время центрифугирования капсулы относительно ее центральной оси. Общая площадь поверхности пор пористой стенки должна составлять менее 50% от общей площади поверхности указанной стенки, наиболее предпочтительно - менее 40%.
Капсула, показанная на фиг.16 и 17, может прокалываться в ее центре 89 для впрыскивания воды в полость 82, содержащую вещество. В результате оказываются проколотыми как внешняя фольга 86, так и внутренняя стенка 80. Капсула вставляется в устройство, как описано выше. Капсула приводится во вращение при определенной скорости, например, от 1000 до 16000 об/мин, наиболее предпочтительно - от 5000 до 12000 об/мин. В полости происходит процесс приготовления напитка или растворения вещества в проходящей сквозь него воде. В результате действия центробежной силы пищевая жидкость проходит через пористый участок стенки 87 (в конечном итоге, также и через часть участка 88, если он является пористым) и покидает камеру через зазор 85, а затем через кольцевую выемку 81. Жидкость выходит из капсулы через проколотые отверстия, выполненные в фольге выше выемки 81.
На фиг.18 показана подобная капсула, но с внутренней пористой стенкой 80, содержащей центральный участок 880, который приварен к внешней газонепроницаемой фольге 86, и периферийный участок 870, который находится на расстоянии от фольги 86. В этом примере периферийный участок 870 имеет выходные отверстия камеры. Центральный участок 880 может иметь отверстия или же может не иметь отверстий. В этом варианте осуществления изобретения не допускается прохождение жидкости между внешней фольгой 86 и внутренним участком стенки 880, так как они сварены между собой. В качестве альтернативы, между этими частями 880 и 86 может быть вставлен соединительный элемент.
Следует отметить, что периферийный участок капсулы, имеющей средство сужения потока, например отверстия, может быть по существу расположен перпендикулярно оси вращения, как в примерах на фиг.16-18, или может быть наклонен относительно указанной оси, как в примере, показанном на фиг.1-6.
Если на участке стенки 870 в капсуле создается достаточный перепад давления, необходимость в дополнительном средстве ограничения потока, таком как описанный ранее клапан, отсутствует. В этом случае имеющееся в капсуле средство ограничения потока является достаточным для поддержания достаточного давления в камере и обеспечения хорошего взаимодействия воды с веществом, например с молотым кофе. Например, хороший кофе типа «эспрессо» с пенкой может быть получен при использовании капсулы, содержащей тканую полимерную мембрану с размером пор от 10 до 200 мкм. В другом возможном варианте осуществления изобретения ограничение потока может быть обеспечено или дополнено неровностями в капсуле или другими подобными структурами, образующими извилистый путь течения жидкости.
Следует отметить, что создаваемый ограничивающим средством перепад давления может быть определен с помощью измерения давления, состоящего в заполнении капсулы водой под давлением и измерении в точке впрыска давления воды, при котором становится возможным прохождение жидкости через устройство ограничения, то есть клапанную систему.
Термин «пищевая жидкость» имеет здесь широкое толкование и охватывает: кулинарные жидкости, такие как суп или соус, жидкости для питья, такие как экстракт кофе (полученный из молотого и/или быстрорастворимого кофе), жидкий шоколад, молоко (полученное из порошка и/или жидкого концентрата), экстракт чая (полученный из растворимого и/или листового чая) и т.д., или же питательные жидкости, такие как смесь для питания младенцев, а также их комбинации.
Разумеется, изобретение может охватывать множество вариантов, включенных в объем формулы изобретения.