СИСТЕМЫ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ НАПИТКОВ/ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
BEVERAGES/FOOD PRODUCTS PREPARATION SYSTEMS

Настоящее изобретение относится к усовершенствованиям в системах приготовления напитков/пищевых продуктов и, в частности, к системам приготовления напитков/пищевых продуктов, содержащим машины типа, который использует предварительно упакованные картриджи, содержащие ингредиенты напитка или пищевые ингредиенты.
Уровень техники
Системы для приготовления напитков типично содержат машину для приготовления напитков и картриджи одноразового использования (также известные как чалды или капсулы) для образования одной порции напитка. Картриджи для использования с такими системами предварительно упакованы с ингредиентами напитка и укупорены до использования. При использовании, картриджи прокалываются во время или после вставки в машину для приготовления напитков для того, чтобы образовать вход для водной среды, такой как вода, для входа в картриджи и напиток на выходе из картриджей. Использование таких систем может распространяться на приготовление определенных типов пищевых продуктов, таких как основанных на молоке десертов и тому подобного.
Большинство машин требуют специально выполненные картриджи сложной конструкции и особые характеристики материалов, чтобы справляться с высокими давлениями, предполагаемыми в процессе приготовления, особенно для напитков эспрессо, так как обычно именно внутренняя геометрия картриджа обеспечивает желаемое качество напитка/пищевого продукта, подлежащего получению при высоком давлении.
В качестве альтернативы параметры приготовления должны предварительно выбираться оператором.
Теперь предложено использовать взаимодействие между картриджем и машиной для установки параметров процесса приготовления, таких как давление.
Краткое изложение сущности изобретения
Соответственно, настоящее описание изобретения обеспечивает картридж, содержащий один или более ингредиентов напитка или пищевых ингредиентов, для использования в машине для приготовления напитка или пищевого продукта из указанных ингредиентов;
при этом указанный картридж содержит основание, выходное отверстие в основании и выступ, проходящий от основания картриджа вокруг выходного отверстия;
причем, когда картридж вставлен в удерживающий приемник машины, выступ взаимодействует с элементом машины, и выступ выполнен с возможностью установки давления в картридже во время процесса приготовления.
Выступ картриджа, предпочтительно, содержит один или более промежутков, которые могут быть образованы посредством зубцов в выступе картриджа.
В качестве альтернативы выступ картриджа не содержит промежутки.
Предпочтительно, выходное отверстие картриджа укупорено посредством укупорочного средства до использования.
Настоящее описание изобретения также обеспечивает машину для приготовления напитка или пищевых продуктов из картриджа, содержащего один или более ингредиентов, при этом указанная машина содержит:
удерживающий приемник для размещения и удерживания картриджа во время процесса приготовления;
причем машина имеет элемент, который взаимодействует с выступом картриджа, когда картридж вставлен в удерживающий приемник;
таким образом, выступ выполнен с возможностью установки давления в картридже во время процесса приготовления посредством его взаимодействия с элементом машины;
клапанные средства, расположенные дальше по ходу относительно удерживающего приемника, причем клапанные средства открываются при заданном давлении, при этом указанные клапанные средства содержат поршень, нормально смещенный в закрытое положение, в котором он является контактируемым с выступом картриджа, вставленного, при использовании, в удерживающий приемник.
Предпочтительно, элемент машины содержит клапанные средства, образованные дальше по ходу относительно удерживающего приемника, причем клапанные средства открываются при заданном давлении, при этом указанные клапанные средства образованы посредством выступа картриджа, вставленного, при использовании, в удерживающий приемник и нормально смещенного в его первое положение, в котором он является контактируемым с элементом машины.
Предпочтительно, клапанные средства дополнительно содержат прокалывающее средство для прокалывания картриджа, когда он вставлен в удерживающий приемник.
Настоящее описание изобретения также обеспечивает систему для приготовления напитка или пищевых продуктов, содержащую машину и, по меньшей мере, один картридж.
Один или более промежутков в выступе картриджа, предпочтительно, побуждают клапан открываться при первом давлении.
Отсутствие промежутков в выступе картриджа, предпочтительно, побуждает клапан открываться при втором давлении, которое, предпочтительно, выше, чем первое давление.
Предпочтительно, поршень смещается посредством пружинного средства в закрытое положение.
Верхняя поверхность поршня может контактировать с нижней поверхностью выступа картриджа в закрытом положении.
Предпочтительно, по меньшей мере, участок верхней поверхности поршня и нижней поверхности выступа картриджа наклонены, по существу, на одинаковый угол относительно горизонтали.
Прокалывающие средства, предпочтительно, обеспечены с, по меньшей мере, одним средством для обеспечения пути протекания жидкости таким образом, что, когда укупорочное средство картриджа было проколото, жидкость может протекать из внутренней части картриджа, вдоль прокалывающих средств и в камеру, образованную посредством выступа, укупорочного средства и верхней поверхности поршня.
Предпочтительно, когда давление в камере больше, чем усилие пружины пружинного средства, поршень перемещается из контакта с выступом в открытое положение.
Настоящее описание изобретения, предпочтительно, обеспечивает способ приготовления напитка или пищевого продукта, содержащий этапы:
выбор картриджа;
вставка картриджа в удерживающий приемник машины;
прокалывание картриджа с помощью прокалывающих средств; и
подача жидкости в удерживающий приемник для того, чтобы пропустить жидкость через картридж для образования напитка или пищевого продукта.
Тогда как известные машины, которые используют сборку клапана для изменения рабочего давления, требуют, чтобы варианты рабочего давления задавались вручную или приводным средством или некоторой формой системы распознавания, в этой системе именно взаимодействие между картриджем и выходом машины управляет работой клапана. Следовательно, если внешняя геометрия элемента взаимодействия изменяется, а именно выступ картриджа, это может автоматически осуществлять требуемое изменение давления, без необходимости пользователю что-либо делать. Таким образом, машины могут быть изготовлены с предварительно заданным максимальным давлением открывания, тогда как действительное рабочее давление задается посредством картриджа, вставленного в машину.
Подробное описание
Предпочтительные варианты осуществления системы для приготовления напитка и пищевых продуктов теперь будут описаны, только в качестве примера, со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
Фигура 1 представляет собой схематичное изображение, показывающее систему для приготовления напитка и пищевых продуктов;
Фигуры 2 и 4 представляют собой виды сбоку в продольном разрезе двух картриджей, использующихся в системе Фигуры 1;
Фигуры 3 и 5 представляют собой наглядные изображения выступов картриджей Фигур 2 и 4 соответственно;
Фигура 6 представляет собой вид сбоку в продольном разрезе картриджа Фигуры 2 в схематичном представлении части машины системы Фигуры 1; и
Фигуры 7 и 8 представляют собой виды сбоку в продольном разрезе картриджа Фигуры 4 в схематичном представлении части машины системы Фигуры 1.
Система для приготовления напитка и пищевых продуктов, описанная здесь, содержит машину для приготовления напитка и пищевых продуктов и один или более картриджей, содержащих один или более ингредиентов напитка или пищевых ингредиентов, для использования в машине. Для обеспечения возможности выбора типов напитка и продукта, требующих разные давления во время процесса приготовления, взаимодействие между машиной и картриджем является таким, чтобы обеспечивать возможность приготовления напитка и пищевых продуктов при, по меньшей мере, двух, более предпочтительно диапазоне, разных давлениях без вмешательства пользователя. Это, предпочтительно, достигается посредством обеспечения машины с клапаном, дальше по ходу относительно места, где располагается картридж, и работа клапана определяется посредством взаимодействия между картриджем и клапаном, как описано ниже.
Система 1 для приготовления напитков или пищевых продуктов схематично показана на Фигуре 1. Часть машины системы 1 обычно содержит резервуар 10 для жидкости. Хотя вода, вероятно, является самой распространенной жидкостью, используемой при приготовлении напитков, например кофе, машина также является способной использовать другие жидкости, такие как молоко или молочные композиции, для смешивания с ингредиентами напитка или пищевыми ингредиентами. Также следует учитывать, что любые ссылки здесь на воду включают любую форму жидкости, использующейся при приготовлении напитков или пищевых продуктов. Резервуар 10 соединен с возможностью переноса текучей среды с насосом 11 через посредство расходомера 12, который, в свою очередь, соединен с нагревателем 13 воды. Нагреватель 13 воды соединен с возможностью переноса текучей среды с головкой 14 для заваривания. Следует отметить, что система настоящего описания изобретения не ограничена на приготовлении продуктов, которые должны "завариваться"; использование термина "головка для заваривания" служит только для удобства, так как он происходит от машин, которые были ограничены на завариваемых напитках. Головка 14 для заваривания включает в себя устройство 15 распознавания картриджа, которое будет описываться более подробно ниже.
Клапан 16 располагается в канале, который обеспечивает путь для текучей среды между нагревателем 13 воды и головкой 14 для заваривания. Клапан 16 может представлять собой расширительный/сужающийся клапан. Если давление потока жидкости является допустимым, жидкость проходит к картриджу 30. Если давление ниже или выше заданных пределов, в таком случае протекание жидкости может предотвращаться посредством клапана.
Головка 14 для заваривания обычно содержит держатель для картриджа (не показан) для удерживания, при использовании, картриджа 30. Головка 14 для заваривания дополнительно содержит средства, такие как входные и выходные прокалывающие элементы, для образования в картридже 30, при использовании, входа для жидкости для входа в картридж 30 и выхода для приготовленного напитка для выхода из картриджа 30.
Расходомер 12, насос 11, нагреватель 13 воды и головка 14 для заваривания (и другие составные элементы) соединены с электронным контроллером 17. Кроме того, измерительные устройства 18, 19 температуры воды, расположенные на впуске в и выпуске из нагревателя 13 воды, также соединены с контроллером 17.
Функционирование машины определяется посредством программного обеспечения, встроенного в контроллер 17, например, как описано в EP-A-1440644. Память управляющего процессора включает в себя одну или более переменных для одного или более функциональных параметров для машины. Они типично включают в себя температуру жидкости, подлежащей проходу через картридж 30 во время этапа работы, оптимальную скорость загрузки картриджа 30, присутствие или отсутствие этапа впитывания, общий выдаваемый объем напитка или пищевого продукта, расход жидкости во время этапа дозирования и период этапа очистки.
На Фигуре 2 показан первый вариант картриджа 30, который предназначен для использования при приготовлении продуктов, которые требуют низкого давления во время процесса приготовления, таких как шоколад, кофе, чай, подсластители, кордиалы, ароматизаторы, алкогольные напитки, ароматизированное молоко, фруктовые соки, сквоши, соусы и десерты. Типичный диапазон "низких" давлений, используемых для приготовления таких продуктов, составляет от 0,5 до 2 бар. На Фигуре 4 показан второй вариант картриджа 30, который предназначен для использования при приготовлении продуктов, которые требует высокого давления во время процесса приготовления, таких как продукты типа эспрессо, где является желательным получить пенки. Типичный диапазон "высоких" давлений, используемых для приготовления таких продуктов, составляет от 2 до 16 бар.
Общая форма картриджей 30, в общем смысле, является круглой или дискообразной. Типично, общий диаметр картриджей 30 составляет 45 мм ±5 мм, а общая высота составляет 40 мм ±5 мм. Типично, объем картриджей 300, 320, когда установлены, составляет 50 мл ±20%, хотя он будет варьироваться в соответствии с типом пищевых ингредиентов или ингредиентов напитка, содержащихся в них.
Картриджи 30, типично, содержат первый элемент 31, который, в общем смысле, содержит чашеобразную оболочку, имеющую кольцевую стенку 32, открытую входную часть и основание 34. Кольцевая стенка 32 и основание 34 вместе задают приемник, имеющий камеру 35. Ингредиенты 33 напитка или пищевые ингредиенты 33 расположены в камере 35 (см. Фигуру 6), и входная часть закупорена вторым элементом 36, который обеспечивает крышку, используя подходящий процесс, такой как тепловая или ультразвуковая сварка.
В середине основания 34 имеется выходное отверстие 37, которое окружено кольцевым выступом 38, который выступает от основания 34. Выступ 38 картриджа 30 низкого давления (Фигура 2) включает в себя зубцы 39, имеющие промежутки 39а между ними. Выступ 38 картриджа 30 высокого давления (Фигура 4) является цельным и не имеет таких зубцов 39. Нижняя поверхность 40 выступа 38, предпочтительно, расположена под наклонным углом относительно горизонтали.
До использования выходное отверстие 37 укупорено мембраной 41, которая, предпочтительно, образована в виде одного целого с основанием 34.
Каждый элемент 31, 36 образован в виде единой нераздельной части из высокопрочного полиэтилена, полипропилена, полистирола, полиэфира или слоистого материала из двух или более этих материалов. Слой 42 газонепроницаемого материала, такого как EVOH, может быть включен в элементы 31, 36. Подходящим процессом для изготовления элементов 31, 36 было бы литье под давлением методом впрыска.
Машина, предпочтительно, выполнена таким образом, чтобы включать в себя клапан 50, расположенный в выходе 20 для подачи напитка/пищевого продукта, для обеспечения управления давлением процесса приготовления в картридже 30. Клапан 50, предпочтительно, содержит удерживающий элемент 51, который смонтирован в выходе 20 для подачи. Ланцет 52, или другой тип прокалывающего устройства, прикреплен к удерживающему элементу 51 на одном конце 53. Другой конец 54 ланцета 52 является заостренным для обеспечения средства для прокалывания мембраны 41. Ланцет 52 может быть обеспечен с одной или более канавками 55, проходящими от заостренного конца 54 вдоль участка внешней поверхности ланцета 52.
Вокруг ланцета 52 расположен и является подвижным относительно него поршень 56, имеющий центральное отверстие 57. Отверстие 57 является ступенчатым, имея более узкую секцию 58, через которую проходит заостренный конец 54 ланцета 52, проходящую по направлению к дистальному концу 60 поршня 56, и более широкую секцию 59, проходящую по направлению к проксимальному концу 61 поршня 56. Получающийся внутренний уступ обеспечивает установочное посадочное место 62 для конца пружины 63 сжатия, которая также располагается вокруг ланцета 52 в более широкой секции 59 отверстия 57 поршня. Другой конец пружины 63 смонтирован в удерживающем элементе 51, для того чтобы смещать поршень 56 от удерживающего элемента 51 по направлению к верхней части выхода 20 для подачи напитка. Смещение пружины 63 устанавливает давление прорыва клапана 50.
В качестве альтернативы пружинному механизму эластомер может использоваться для смещения ланцета 52.
Дистальный конец 60 поршня 56 содержит радиально проходящий фланец 64. Верхняя поверхность 65 фланца 64, или ее участок, может быть наклонена вниз (т.е. по направлению к периметру фланца 64), по существу, под тем же углом, что и угол нижней поверхности 40 выступа 38. Наклонная поверхность является предпочтительной относительно горизонтальной поверхности, так как она имеет возможность самоцентрировать поршень 56 и образует лучшую геометрию для смещения жидкости для образования пены.
Работа машины содержит вставку картриджа 30 в держатель для картриджа головки 17 для заваривания, выполнение цикла приготовления, в котором напиток/пищевой продукт приготавливается, и выполнение цикла выдачи, в котором напиток/пищевой продукт выдается, и удаление (по существу) пустого картриджа 30 из машины.
Когда картридж 30 расположен в держателе для картриджа в головке 14 для заваривания, как схематично показано на Фигуре 6, и головка картриджа закрыта, ланцет 52 побуждается проталкиваться через мембрану 41, тем самым прокалывая ее и открывая выходное отверстие 37 картриджа. Нижняя поверхность 40 выступа 38 побуждается приводиться в контакт с верхней поверхностью 65 фланца. Пружина 63 смещает поршень 56 в "закрытое положение" в контакт с выступом 38 и поддерживает хороший контакт между поверхностями 40, 65.
Цикл приготовления типично имеет четыре основных этапа, хотя не все из которых используются для всех типов напитков или пищи:
1. Предварительное смачивание
2. Пауза
3. Этап заваривания
4. Очистка
На этапе предварительного смачивания картридж 30 заполняется жидкостью под давлением из резервуара 10 посредством насоса 11. Входной прокалывающий элемент прокалывает крышку 36 для обеспечения пути протекания для жидкости для входа в картридж и прохода в камеру 35 заваривания, где она смешивается с ингредиентами 33, содержащимися в ней. Заполнение жидкостью вызывает смачивание ингредиентов в камере 35. Заполнение может происходить при "быстром" расходе, например 600 мл/мин, или "медленном" расходе, например 325 мл/мин. Медленная скорость заполнения, в частности, используется для картриджей 30, содержащих вязкие жидкие ингредиенты, где ингредиенты требуют некоторого разбавления до того, как они будут способными подаваться насосом с бόльшим объемным расходом. Объем жидкости, вводимой в картридж 30, выбирается таким образом, чтобы гарантировать то, что жидкость или напиток/пищевой продукт не выходит из выходного отверстия 37 во время этого этапа.
Этап паузы позволяет ингредиентам впитывать жидкость, введенную во время этапа предварительного смачивания, в течение определенного периода времени. Оба этапа предварительного смачивания и впитывания известны для увеличения выхода экстрагируемых веществ из ингредиентов и для улучшения конечного аромата готового продукта, а впитывание, в частности, используется, когда ингредиенты представляют собой обжаренный и молотый кофе.
На этапе заваривания жидкость проходит через картридж 30 для получения напитка или пищевого продукта из ингредиентов 33. Температура жидкости определяется посредством контроллера 17, который посылает команды на нагреватель 13 для нагрева жидкости, проходящей из резервуара 10 в головку 14 для заваривания. Жидкость входит в картридж 30 и затем проходит в камеру 35 картриджа 30. Заваривание и/или смешивание продукта в картридже 30 происходит до того, как приготовленный напиток или пищевой продукт выходит из выхода картриджа, проходит через выход 20 для подачи и может направляться в расположенный надлежащим образом приемник 21.
Напиток или пищевой продукт, образованный посредством прохода жидкости через ингредиенты 33, выходит из картриджа 30 через выходное отверстие 37 и вниз по ланцету 52 к другой стороне проколотой мембраны 41. Канавки 55 способствуют обеспечению пути протекания текучей среды через проколотую мембрану 41, особенно, где мембрана 41 выполнена из довольно жесткого материала, таким образом промежуток, образованный посредством прокалывания, ненамного больше, чем диаметр ланцета 52.
В картридже 30 низкого давления (Фигура 7) промежутки 39а между зубцами 39 выступа 38 обеспечивают проходы для напитка или пищевого продукта для протекания через них в выход 37 для подачи.
В картридже 30 высокого давления (Фигура 8) нет таких промежутков в выступе 38. Следовательно, когда напиток/пищевой продукт протекает через проколотую мембрану 41 вдоль ланцета 52, он сначала собирается в камере 66, которая образована посредством боковых стенок выступа 38, непроколотой части мембраны 41 и дистального конца 60 поршня 56. Это обеспечивает возможность поднятия давления внутри камеры 35 картриджа. Когда давление является достаточным для преодоления усилия пружины, поршень 56 побуждается перемещаться от выступа 38 в "открытое положение", тем самым открывая промежуток 67 между поверхностями 40, 65 (Фигура 8) для обеспечения возможности вытекания напитка или пищевого продукта в выход 20 для подачи.
Во время цикла очистки температура нагревателя 13 воды поднимается достаточно высоко для преобразования жидкости, остающейся в системе, в пар и продувания пара под давлением через машину и картридж 30. Это гарантирует, что выдается весь напиток или пищевой продукт, и что путь протекания является очищенным, готовым для выдачи другого напитка или пищевого продукта. Цикл очистки может не начинаться непосредственно после прекращения этапа заваривания/смешивания, чтобы позволить большей части текучей среды выйти из пути протекания.
Как только рабочий цикл был завершен, машина автоматически останавливается, и потребитель удаляет картридж 30 посредством открывания держателя для картриджа и ручного удаления и выбрасывания картриджа 30. В качестве альтернативы машина может быть обеспечена автоматическим выталкивающим механизмом для удаления картриджа автоматически при открывании держателя для картриджа.
Комбинация клапана 50 и внешней геометрии картриджа, как обеспечена посредством выступа 38, таким образом обеспечивает возможность получения машиной 1 множества напитков или пищевых продуктов, так как она позволяет выборочное приготовление картриджей 30 либо при высоком, либо низком давлении во время цикла приготовления, в зависимости от типа цикла, требуемого для ингредиентов 33 в картридже 300. Однако, в отличие от любых систем по предшествующему уровню техники, требуемое давление идентифицируется посредством внешней геометрии картриджа 30, таким образом обеспечивая автоматизированную систему переменного давления. Такая машина является способной получать напитки в диапазоне давлений, например от 0 до 9 бар, и, более предпочтительно, от 0 до 6 бар.
Альтернативные конфигурации для выступов 38 могут использоваться. Для картриджа 30 низкого давления не требуется, чтобы выступ 38 был с зубцами, а может содержать одно или более отверстий, проходов или другую форму промежутка в боковых стенках выступа 38, что обеспечивает возможность прохода жидкости из выходного отверстия 37 в выход 20 для подачи.
В другом варианте осуществления подпружиненный клапан включен в выступ 38 картриджа, а не в машину. Подходящее пружинное средство может использоваться для смещения выступа 38 в контакт с верхней поверхностью 65 неподвижного элемента, который заменяет поршень 56. Когда требуемое давление в камере 66 достигается во время процесса приготовления напитка или пищевого продукта высокого давления, выступ 38 побуждается перемещаться от неподвижного элемента, а не наоборот, для открывания промежутка 67 между поверхностями 40, 65.