СИСТЕМА ДЛЯ КАПСУЛ, УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СОДЕРЖАЩЕЙСЯ В КОНТЕЙНЕРЕ ПИЩЕВОЙ ЖИДКОСТИ С ПОМОЩЬЮ ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЯ
SYSTEM FOR CAPSULES, DEVICE AND METHOD FOR CONTAINERISED FOOD LIQUID PREPARATION BY WAY OF CENTRIFUGATION

Настоящее изобретение относится к устройству и системе для капсул для приготовления пищевой жидкости из содержащегося в контейнере пищевого материала посредством пропускания через материал воды с помощью центробежных сил.
Известен способ приготовления напитков, при котором смесь, состоящая из приготовленного кофе и кофейного порошка, разделяется с помощью центробежных сил. Такая смесь образуется при приведении в контакт на ограниченное время горячей воды и порошка кофе. Затем вода продавливается через сетчатый фильтр, на котором присутствует порошковый материал.
Существующие системы включают помещение порошка кофе в приемную емкость, которая обычно является несъемной деталью машины, как, например, в ЕР 0367600 В1. Такие устройства имеют множество недостатков. Во-первых, порошок кофе должен правильным образом вручную дозироваться в приемную емкость. Во-вторых, отходы кофе после центрифугирования становятся сухими и для удаления с поверхности приемной емкости должны соскабливаться. В результате приготовление кофе требует значительных ручных усилий и является очень длительным. Кроме того, свежесть кофе может обычно значительно варьировать, и это может влиять на качество готового напитка в чашке, поскольку кофе, как правило, поступает из оптовой упаковки или же кофе мелется из зерен в самой приемной емкости.
Кроме того, качество готового напитка в чашке может сильно меняться в зависимости от выполняемой вручную дозировки кофе и условий его приготовления (например, скорости центрифугирования, размера приемной емкости).
Поэтому эти системы никогда не достигали большого коммерческого успеха.
В документе DE 102005007852 машина содержит съемный держатель, в который вставляется открытая чашеобразная часть контейнера, при этом другая часть или крышка присоединяются к приводному валу машины. Однако имеется недостаток, заключающийся в необходимости интенсивных ручных действий. Другим недостатком является сложность управления качеством кофе вследствие недостаточных возможностей для регулирования дозировки порошка и отсутствия контроля свежести порошка кофе.
Другие устройства для приготовления кофе с использование развиваемых в центрифуге сил описаны в WO 2006/112691, FR 2624364, ЕР 0367600, GB 2253336, FR 2686007, ЕР 0749713, DE 4240429, ЕР 0651963, FR 2726988, DE 4439252, ЕР 0367600, FR 2132310, FR 2513106, FR 2487661, DE 3529053, FR 2535597, WO 2007/041954, DE 3529204, DE 3719962, FR 2685186, DE 3241606 и US-A-4545296.
При этом эффект применения центробежных сил при приготовлении кофе или других пищевых продуктов предоставляет множество преимуществ по сравнению с обычными способами приготовления, использующими нагнетательные насосы. Например, при способах приготовления кофе типа «эспрессо» очень трудно управлять всеми параметрами, влияющими на качество экстракции при получении кофейного настоя. Эти параметры обычно представлены давлением, скоростью потока, которая падает с давлением, уплотнением порошка кофе, которое также влияет на реологические свойства и которое зависит от размера частиц молотого кофе, температурой, распределением расхода воды и так далее.
Поэтому имеется необходимость в том, чтобы предложить новую систему для капсул и способ, при котором параметрами экстрагирования можно более эффективно и более независимо управлять и, вследствие этого, являющийся более удобным в овладении с точки зрения управления качеством.
В то же самое время имеется потребность в создании способа приготовления пищевых жидкостей, который был бы более удобен по сравнению с центробежными устройствами для приготовления кофе существующего уровня техники, который обеспечивал бы лучшее качество готового напитка с более эффективным контролем таких важных для качества параметров, как свежесть и точность дозировки материала в контейнер.
Поэтому данное изобретение относится к системе для приготовления пищевой жидкости из содержащегося в контейнере пищевого материала посредством пропускания через материал воды с помощью центробежных сил, при этом данная конструкция содержит:
устройство для размещения контейнера, при этом указанное устройство содержит средство для приведения контейнера во вращение на центрифуге вокруг оси вращения,
в которой контейнер выполнен съемным и образует капсулу однократного применения и
в которой на пути течения центрифугируемой жидкости установлено средство ограничения потока, способное обеспечивать заданный перепад давления во время центрифугирования.
Средство ограничения потока может быть выполнено таким образом, чтобы обеспечивать перепад давления во время центрифугирования, составляющий, по меньшей мере, 0,5 бар относительного давления. Предпочтительно средство ограничения потока конфигурируется таким образом, чтобы обеспечивать перепад давления во время центрифугирования между 1 и 6 бар, наиболее предпочтительно между 1,5 и 4 бар относительного давления.
Согласно изобретению, ограничение потока на пути течения центрифугируемой жидкости делает возможным управление высвобождением центрифугируемой жидкости для улучшения взаимодействия воды с материалом внутри капсулы, а также в результате обеспечивает жидкость пеной благодаря сбросу давления и сдвиговым напряжениям, возникающим при ограничении. Конкретнее, средство ограничения потока делает возможным поддержание давления в несколько бар на периферии оболочки и тем самым замедляет высвобождение жидкости.
В предпочтительном варианте выполнения устройство содержит средство ограничения потока, которое устанавливается после выпускного отверстия(-ий) капсулы.
В частности, средство ограничения потока может быть частью самого устройства.
В предпочтительном варианте средство ограничения потока устройства содержит клапанное устройство, которое открывает или увеличивает проход для жидкости, когда к клапанному устройству прикладывается давление центрифугируемой жидкости, достаточное для того, чтобы жидкость могла высвободиться из капсулы устройства.
Средство ограничения потока может быть размещено на или после выпускного отверстия капсулы.
Предпочтительно, средство ограничения потока может быть установлено в самой капсуле. В частности, средство ограничения потока может быть образовано отверстиями. Отверстия могут быть рядом щелей или отверстий на периферийном участке стенки оболочки. Предпочтительно ряд щелей или отверстий имеет ширину или диаметр, которые ниже, чем средний размер частиц материала, содержащегося в оболочке капсулы. Предпочтительно выходные отверстия оболочки капсулы имеют средний диаметр или ширину, которые более малы, чем средний размер частиц, образующих пищевой продукт.
Поэтому отверстия "per se" (как таковые) могут выполнять функцию фильтрования.
Перепад давления на участке стенки также зависит от размера отверстий и свободной площади открытой поверхности отверстий. Поэтому размер отверстий и свободная площадь открытой поверхности отверстий в участке стенки могут быть подобраны так, чтобы получить некоторый перепад давления непосредственно в самой капсуле. Это делает возможным поддержание некоторого давления в оболочке, тем самым улучшая взаимодействие между пищевым продуктом и водой.
В зависимости от размера отверстий и параметров центрифугирования, таких как скорость вращения, характеристики напитка могут быть также отрегулированы особым образом, в частности в случае кофейных напитков.
2
2
Предпочтительно диаметр или ширина отверстий находятся между 10 и 600 мкм. Предпочтительно общая площадь поверхности отверстий составляет диапазон от 5 до 200 мм. Более предпочтительно общая площадь поверхности составляет 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 между 1 и 200 мкм. На участке стенки может быть успешно получен перепад давления, превышающий атмосферное давление на величину от около 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 если на пути течения не устанавливается никаких ограничений потока, таких как дополнительный, размещаемый в устройстве на пути потока жидкости, клапан, который создает более высокий перепад давления. В случае низкого перепада давления на пути потока жидкости для того, чтобы удерживать твердые частицы в оболочке, может использоваться участок стенки с более крупными выходными отверстиями. Однако жидкость стремится как можно быстрее покинуть оболочку (то есть развивается более высокая скорость потока), и взаимодействие между водой и материалом в оболочке происходит в меньшей степени. В случае кофе это может приводить к более низкому содержанию твердых веществ и меньшей крепости аромата кофейного экстракта, сравнимым с кофе, получаемым способом фильтрации. Предпочтительно устройство ограничения потока устройства содержит клапанное устройство, которое устанавливается на или после выпускного отверстия(-ий) капсулы для того, чтобы открываться, когда к клапанному устройству прикладывается некоторое давление так, чтобы жидкость могла высвобождаться из капсулы устройства.
Предпочтительно, устройство и капсула содержат средства ограничения потока. В качестве варианта, средство ограничения потока присутствует в капсуле, но отсутствует в устройстве. Клапанное устройство, установленное в устройстве, обеспечивает преимущество управления развивающимся в капсуле давлением жидкости на уровне устройства. Клапанное устройство может быть предназначено для того, чтобы открываться при некотором пороговом давлении, устанавливаемом, например, калибровкой или регулированием, с тем, чтобы соответствовать особенностям различных конкретных напитков, например настою кофе, экстракту чая, быстрорастворимым напиткам и т.д.
В результате система, согласно изобретению, обеспечивает решение задачи приготовления пищевой жидкости, при котором может осуществляться управляемый выпуск пищевой жидкости. Например, выпуск жидкости может задерживаться до момента, пока к клапанному устройству не будет приложено некоторое давление, являющееся достаточным для образования прохода для потока жидкости. Открытие клапанного устройства с запаздыванием делает возможным улучшение взаимодействия между водой и содержащимся в капсуле материалом. Например, в случае кофе может быть предпочтительной оптимизация взаимодействия воды и частиц молотого кофе для обеспечения хорошей экстракции кофе и ароматических соединений. Кроме того, клапанное устройство обеспечивает сужение, которое может улучшить создание пены или кофейной кремы.
Клапанное устройство может быть образовано, по меньшей мере, одним участком зацепления устройства, который перемещается относительно участка зацепления капсулы под действием находящейся под давлением жидкости с тем, чтобы создать тонкослойный кольцевой проход для жидкости. Участок зацепления капсулы может быть, например, радиальным участком кромки капсулы. Проход в виде тонкой щели также делает возможным создание струи жидкости, с относительно высокой скоростью ударяющейся о стенку устройства. В результате может быть получено относительно большое количество пены, создаваемое как благодаря образуемому клапанным устройством сужению, так и вследствие относительно высокой скорости воздействия жидкости на поверхность давления устройства во время центрифугирования. В зависимости от величины давления, прилагаемого к клапанному устройству центрифугируемой жидкостью, образуемое клапанным устройством сужение может также различаться по величине.
Согласно одному объекту изобретения, по меньшей мере, один из указанных участков зацепления клапанного устройства подпружинивается, чтобы отдаляться относительно другого участка зацепления под действием давления центрифугируемой жидкости. В частности, участок зацепления устройства может быть соединен с подпружинивающим элементом. Подпружинивающий элемент является, например, упругим резиновым элементом или механической пружиной. Подпружинивающий элемент может быть уплотнительным кольцом, винтовой пружиной или пружиной пластинчатого типа, либо любым другим эквивалентным устройством. Участок зацепления клапанного устройства может также содержать, например, кольцевую прижимающую кромку, которая устанавливается для уплотнения на участке зацепления капсулы. Прижимающая кромка может принимать различные формы, такие как V-, W- или U-образная, чтобы обеспечивать приложение к капсуле достаточного давления уплотнения тогда, когда величина давления жидкости еще не достигает задаваемого порогового значения.
Кольцевой край капсулы также может быть отклоняемым, чтобы отдаляться от участка зацепления клапанного устройства под действием находящейся под давлением жидкости. Участок зацепления клапанного устройства также может быть неподвижным или же эластично подвижным, а участок зацепления капсулы может быть отклоняемым под действием находящейся под давлением жидкости. Таким образом, эффект клапана также может быть частично или полностью достигнут с помощью отклоняющейся части капсулы, которая отклоняется под давлением выходящей из капсулы жидкости.
В предпочтительном варианте выполнения для того, чтобы впрыскивать воду в капсулу, устройство содержит узел нагнетания воды, содержащий, по меньшей мере, один прокалывающий элемент, который располагается по существу соосно оси вращения капсулы. Предпочтительно в прокалывающем элементе выполнен трубчатый канал для того, чтобы впрыскивать воду в капсулу вдоль указанной оси вращения.
Данное изобретение также относится к устройству для приготовления жидких пищевых продуктов, применяемому для приготовления пищевой жидкости из пищевого материала, содержащегося в сменным образом вставляемой в устройство капсуле одноразового применения, посредством пропускания через материал воды с помощью центробежных сил, при этом устройство содержит:
- средство впрыска воды для введения воды в капсулу,
- средство для позиционирования и центрирования контейнера вдоль оси вращения,
- средство для приведения капсулы во вращательное движение вокруг оси вращения,
при этом оно содержит средство ограничения потока, которое устанавливается на пути протекания центрифугируемой жидкости.
Предпочтительно устройство ограничения потока содержит клапанное устройство, которое устанавливается на или после, по меньшей мере, одного выпускного отверстия капсулы для того, чтобы открываться, когда к нему прикладывается некоторое давление, сообщаемое находящейся под давлением жидкостью, с тем, чтобы сделать возможным выход жидкости из капсулы.
В предпочтительном варианте выполнения клапанное устройство может быть откалибровано или отрегулировано так, чтобы выборочно открывать проход для жидкости через устройство при достижении в капсуле порогового давления.
В предпочтительном варианте выполнения клапанное устройство может быть образовано, по меньшей мере, одним участком зацепления устройства, который выполнен с возможностью перемещения относительно участка зацепления капсулы под действием выходящей из капсулы находящейся под давлением жидкости с тем, чтобы создать тонкослойный кольцевой проход для жидкости.
Клапанное устройство может быть образовано, по меньшей мере, одним участком зацепления, который перемещается относительно другого участка зацепления под действием находящейся под давлением, выходящей из капсулы жидкости с тем, чтобы создать тонкослойный кольцевой проход для жидкости.
Предпочтительно, устройство ограничения потока содержит периферийный участок стенки капсулы, расположенный на пути течения выходящей из оболочки капсулы жидкости и содержащий выходные отверстия менее 200 мкм, более предпочтительно от 10 до 150 мкм. При таком размере отверстий в оболочке может поддерживаться перепад давления в несколько бар, который является эффективным для того, чтобы сделать возможным эффективное взаимодействие между водой и материалом, в частности в случае молотого кофе. Общая площадь поверхности отверстий периферийного участка стенки также предпочтительно составляет менее 50% общей площади поверхности указанного участка стенки, наиболее предпочтительно - менее 40%.
Поэтому данное изобретение относится к способу приготовления пищевой жидкости из содержащегося в контейнере пищевого материала посредством пропускания через материал воды с помощью центробежных сил, при этом данный способ содержит: приведение контейнера во вращение при одновременном введении в капсулу воды, прохождение воды через материал с тем, чтобы образовать пищевую жидкость, накопление центрифугируемой пищевой жидкости, причем контейнер выполнен в виде капсулы однократного применения и на пути протекания центрифугируемой жидкости установлено средство ограничения потока.
В предпочтительном варианте выполнения средство ограничения потока содержит клапанное устройство, позволяющее пищевой жидкости высвобождаться только тогда, когда на клапанном устройстве достигается заданное давление центрифугируемой жидкости. Предпочтительно селективным выпуском напитка управляет подпружиненный клапан.
Средство ограничения потока может содержать ряд выходных отверстий, таких как прорези или отверстия, которые могут быть выполнены на периферийном участке стенки капсулы.
Средство ограничения потока может содержать комбинацию клапанного устройства для управления выпуском центрифугируемой жидкости при некотором пороговом давлении и ряда выходных отверстий, выполненных в капсуле. Во внутренней стенке капсулы предпочтительно выполнен ряд выходных отверстий, а далее по ходу за внутренней стенкой размещается накопительная полость капсулы. Накопительная полость может быть ограничена внутренней стенкой и прокалываемой поверхностью капсулы.
Кроме того, способ содержит управление выпуском пищевой жидкости с помощью подпружиненного клапана.
В частности, пищевая жидкость выходит из капсулы через, по меньшей мере, одно выпускное отверстие, прокалываемое в верхней прокалываемой поверхности капсулы. В частности, в верхней поверхности капсулы прокалывается несколько выпускных отверстий, расположенных на верхней поверхности и близко к поверхности боковой стенки через определенные промежутки друг от друга. Согласно изобретению, вода может вводиться в капсулу вдоль оси вращения капсулы. Вода может вводиться при относительно низком давлении или давлении, близком к гравитационному.
Термин «пищевая жидкость» имеет здесь широкое толкование и охватывает: кулинарные жидкости, такие как суп или соус, жидкости напитков, такие как кофе (молотый и/или растворимый), шоколад, молоко (сухое и/или в виде жидкости), чай (растворимый и/или листовой) и т.д., или же питательные жидкости, такие как смесь для питания младенцев, и их комбинации.
Настоящее изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:
фиг.1 - вид в перспективе капсулы, согласно изобретению;
фиг.2 - вид снизу капсулы, согласно изобретению;
фиг.3 - вид в перспективе капсулы, согласно изобретению, со снятой закупоривающей фольгой;
фиг.4 - разрез капсулы, согласно изобретению;
фиг.5 - крышка капсулы на виде сверху;
фиг.6 - крышка капсулы по фиг.4 на виде снизу;
фиг.7 - вид в перспективе устройства для получения напитков, согласно изобретению;
фиг.8 - вид в перспективе модуля для приготовления напитков в открытом состоянии;
фиг.9 - разрез по линии «А-А» модуля для приготовления напитка в закрытом по отношению к капсуле состоянии;
фиг.10 - увеличенное изображение представленного на фиг.9 вида;
фиг.11 - узел нагнетания воды представленного на фиг.9 и 10 модуля;
фиг.12 - разрез модуля для приготовления напитка, подобного представленному на фиг.9, но относящегося к другому варианту выполнения изобретения;
фиг.13 - модуль по фиг.12, детально;
фиг.14 - разрез капсулы, согласно одному варианту выполнения изобретения;
фиг.15 - вид снизу крышки капсулы по фиг.14;
фиг.16 - вид в перспективе сечения капсулы согласно другому варианту выполнения изобретения;
фиг.17 - разрез капсулы, представленной на фиг.16;
фиг.18 - разрез капсулы согласно еще одному предпочтительному варианту выполнения.
Как показано на фиг.1 и 2, предпочтительно капсула 1, как правило, содержит чашеобразный корпус 2, закупоренный закупоривающей фольгой 3. Закупоривающая фольга 3 приваривается по периферийному ободу 4 закупориваемого кольцевого участка 5 корпуса. Обод 4 может выступать за пределы корпуса, образуя небольшой кольцевой участок шириной, например, около 2-5 мм. Чашеобразный корпус содержит стенку 6 дна и боковую стенку 7, которая предпочтительно расширяется в направлении большого открытого конца корпуса, противоположного стенке дна. Чашеобразный корпус предпочтительно является жестким или полужестким. Он может быть выполнен из пластмассы пищевой категории качества, например полипропилена, с газонепроницаемым слоем из, например, EVOH (сополимер этилена и винилового спирта) и других подобных, или из алюминиевого сплава или составного материала из пластмассы и алюминиевого сплава. Закупоривающая фольга 3 может быть изготовлена из более тонкого материала, такого как слоистая пластмасса, также включающего барьерный слой или алюминиевый сплав, или комбинацию пластмассы и алюминиевого сплава. Закупоривающая фольга обычно имеет толщину, например, от 50 до 250 мкм. Закупоривающей элемент из фольги может прокалываться для получения впускного отверстия для воды и выпускного отверстия(-ий) для напитка так, как будет описано далее.
В варианте выполнения, представленном на фиг.3-6, капсула содержит внутренний элемент, образующий крышку 8, которая вставляется в чашеобразный корпус. Крышка 8 и корпус 2 вместе определяют границы внутренней оболочки 14, содержащей пищевой продукт 22. Предпочтительно капсула обладает симметрией вращения относительно центральной оси А. Однако следует заметить, что сечение капсулы вокруг оси А не обязательно имеет форму круга, но может принимать и другую форму, такую как квадрат или многоугольник. Крышка 8 показана на фиг.5 и 6. Крышка может иметь форму пластмассового диска, содержащего центральный участок 9 и периферийный участок 10. Центральный участок может быть по существу плоским и может содержать впускное отверстие 11, позволяющее осуществлять введение нагнетающего воду элемента устройства для приготовления напитков. С внутренней стороны 12 крышки впускное отверстие может продолжиться трубчатым входным участком 13, ориентированным в направлении нижней части корпуса и предназначенным для того, чтобы обеспечивать полное смачивание материала в оболочке и снижение вследствие этого риска сохранения, например, «пятен сухого порошка». Предпочтительно впускное отверстие закрывается разрушаемой или прокалываемой закупоривающей частью 15. Эта часть предназначена для того, чтобы не допускать заполнения содержащимся в оболочке материалом промежутка между верхней поверхностью крышки и закупоривающей фольгой. Крышка, кроме того, содержит периферийный участок 10, включающий накопительную полость 16. Накопительная полость в поперечном сечении имеет форму литеры "U", открытой в направлении закупоривающей фольги (фиг.3). Полость предпочтительно непрерывно продолжается по периферии крышки, хотя она может быть заменена несколькими не сплошными заглубленными участками, которые могут разделяться, например, усиливающими элементами или стенками. Накопительная полость содержит внутренний периферийный участок стенки 17, в котором обеспечен ряд выходных отверстий 18, образующих сообщение по жидкости между оболочкой 14 и накопительной полостью 16.
Выходные отверстия также обеспечивают ограничение потока центрифугируемой жидкости в оболочке. Центрифугируемая жидкость вынуждена проходить через отверстия, размеры которых могут устанавливаться в зависимости от типа приготавливаемого напитка. Например, для настоя кофе эспрессо или ристретто предпочтительным может быть обеспечение более мелких отверстий, чем для настоя кофе лунго или «американо». При одинаковой частоте вращения более мелкие отверстия обеспечивают более высокое сопротивление центрифугируемой жидкости, которая в результате остается в капсуле более длительное время. Как следствие, взаимодействие между водой и кофейными частицами оказывается более интенсивным, и жидкость может в большей степени насытиться сухими веществами кофе.
Как показано в этом примере, отверстия могут быть выполнены в виде щелей или отверстий, которые через промежутки распределены по внутреннему периферийному участку стенки 17. Например, количество щелей может находиться в диапазоне от 5 до 200, предпочтительно от 10 до 100. Эти щели предпочтительно имеет ширину, которая более мала, чем среднестатистический размер частиц материала. Например, в случае материала, который является молотым кофе, щели имеют ширину менее 500 мкм. В случае необходимости щели могут проходить по центральному участку 9 или по дну выемки 16. Щели могут быть заменены отверстиями круглого сечения, имеющими диаметр, более малый, чем среднестатистический размер частиц материала.
Накопительная полость 16 образует периферийную канавку небольшой глубины, например от 2 до 10 мм, предназначенную для того, чтобы сделать возможным введение прокалывающих элементов через закупоривающую фольгу для проделывания выпускных отверстий для приготовленной жидкости. Накопительная полость 16 содержит, кроме того, внешний периферийный участок 19, образующий кромку, опирающуюся на посадочный участок 20 чашеобразного корпуса. Внешний участок 19 может соединяться с посадочным участком 20 зацеплением по более или менее тугой посадке. Для обеспечения добавочного закупоривания, предохраняющего от возможного попадания жидкости в пространство между крышкой и внутренней поверхностью корпуса капсулы, от выемки может проходить дополнительный закупоривающий участок 21, продолжающийся по внутренней поверхности боковой стенки корпуса в направлении нижней части чашеобразного корпуса. Форма заглубленного накопительного устройства может без отступления от объема настоящего изобретения принимать различные конфигурации. 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 быть исключен.
Как показано на чертежах, ряд выходных отверстий, например щели 18, предпочтительно размещается на или близко к расширяющейся относительно центральной оси А части оболочки. Поэтому центрифугируемая жидкость будет стремиться проходить вдоль по внутренней поверхности боковой стенки корпуса вплоть до внутренней стороны 12 крышки и далее сквозь щели.
Крышка 8 полностью закрывается закупоривающей фольгой 3, когда та наклеивается на обод чашеобразного корпуса. В предпочтительном варианте выполнения закупоривающая фольга может закрывать только накопительную полость, включая область щелей.
Следует учесть, что крышка 8 может быть жестким или полужестким элементом, изготовленным из пластмассы, посредством горячего формования или литьем под давлением. Однако, не отступая от объема изобретения, эта часть может также изготавливаться из гибкой мембраны, которая приклеивается к внутренней поверхности чашеобразного корпуса.
Можно также заметить, что помимо этого в оболочке напротив внутренней поверхности 12 крышки может быть размещена фильтрующая стенка. Фильтрующая стенка может обеспечивать улучшенную фильтрацию, например, в случае материала с частицами очень мелкого размера и/или чтобы задерживать выпуск центрифугируемой жидкости из оболочки, создавая более значительный перепад давления. Фильтрующая стенка может быть бумажным фильтром или тонкой полимерной пленкой, которая наклеивается на поверхность 12 крышки.
Крышка может просто вставляться в корпус в форме чаши или же закрепляться с помощью любого средства соединения, например ультразвуковой сваркой.
Далее описывается представленная на фиг.7 и 8 система, включающая капсулу, и устройство для приготовления напитков.
Так, конструкция содержит капсулу 1 и устройство для приготовления напитков 23. Устройство имеет модуль 24, в который может вставляться капсула. Капсула содержит пищевой материал для того, чтобы использоваться в приготовлении напитка, а затем после использования капсула удаляется из модуля для того, чтобы направляться в утилизацию (например, в отходы или на рециклирование органического и неорганического сырья). Модуль 24 сообщается по жидкости с запасом воды, например, с емкостью 25 для воды. В системе 27 циркуляции жидкости между модулем и запасом воды установлено устройство для транспортировки жидкости, такое как насос 26. Кроме того, в системе циркуляции жидкости обеспечивается водонагреватель 28, предназначенный для подогрева воды до поступления воды в модуль. Водонагреватель может быть введен в систему циркуляции жидкости для нагревания свежей воды, поступающей из резервуара или, в качестве варианта, может находиться в емкости для воды, которая в таком случае становится водогрейным котлом. Вода также может поступать непосредственно из водопровода через соединение с водопроводным краном.
Вода может подаваться в модуль 24 при низком или даже гравитационном давлении. Например, на впуске воды в модуль может быть предусмотрено давление, превышающее атмосферное давление на величину от 0 до 2 бар. При использовании нагнетательного насоса, такого как поршневой насос, вода может также подаваться и при более высоком, чем 2 бар, давлении.
Модуль 24 приготовления напитков может содержать два основных, заключающих внутрь капсулу, узла 29, 30, главным образом содержащих узел нагнетания воды и узел получения жидкости. Эти два узла образуют устройства позиционирования и центрирования капсулы в устройстве.
Эти два узла стягиваются друг с другом соединительной системой 31 байонетного типа для заключения капсулы внутрь. Узел 30 приема 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 находится в соединении с накопителем 33 жидкости, образующим цилиндрическую стенку, размещаемую на небольшом расстоянии от вращающегося барабана 34, в который вставляется капсула. Накопитель жидкости и барабан ограничивают промежуточную полость 63, предназначенную для сбора жидкости, как будет пояснено в описании далее. Ниже узла 30 приема жидкости размещается устройство для приведения вмещающего капсулу барабана 34 во вращение внутри узла. Средство привода предпочтительно содержит вращательный двигатель 40, который может питаться от источника электричества или же быть газовым двигателем.
Узел нагнетания воды содержит сторону впуска воды, содержащую впускное отверстие 35 для воды, спереди по ходу соединенное с системой 27 циркуляции воды. Что касается фиг.9 и 10, представленный на них вращающийся барабан 34 выполнен в виде полого держателя капсулы с внутренней полостью 36, имеющей взаимодополняющую для вмещения капсулы форму. Вращающийся барабан 34 в осевом направлении продолжается вращающимся валом 37, который поддерживается в состоянии вращения относительно внешнего основания 38 накопителя 33 жидкости с помощью средства направления вращения 39, такого как шарикоподшипник или игольчатый подшипник. В этой связи вращающийся барабан выполнен с возможностью вращения вокруг центральной оси I, в то время как внешнее основание 38 накопителя является неподвижным относительно устройства. Накопитель жидкости 33 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.
Из показанного на фиг.10 и 11 узла 29 нагнетания воды видно, что он содержит центрально расположенный водный инжектор 45, который устанавливается неподвижно относительно продольной оси I устройства. Водный инжектор содержит центральный трубчатый элемент 46, предназначенный для перемещения воды от впуска 35 воды к выпуску 47 воды и сконструированный таким образом, чтобы выдаваться внутрь оболочки 14 капсулы. Выпуск воды образован прокалывающим устройством 48, таким как заостренный конец трубки, который способен выполнять проколы в закупоривающей капсулу фольге и разрушаемой в конечном итоге части трубчатого впуска 13 крышки.
Вокруг водного инжектора установлена часть 49, обеспечивающая зацепление капсулы для введения ее во вращение. Обеспечивающая зацепление часть 49 имеет выполненное в центре отверстие, предназначенное для размещения водного инжектора и направляющего вращение устройства, такого как шариковый или игольчатый подшипник 50, установленный между частью 49 и инжектором 45. Обеспечивающая зацепление часть, кроме того, содержит прокалывающие выпускные отверстия элементы 51, 52, 53, 54, выступающие из имеющей форму диска зацепляющей стенки 55 части 49. Прокалывающие элементы могут быть выполнены в виде небольших цилиндрических участков с наклонной режущей поверхностью, способных прорезать или прокалывать мелкие отверстия в закупоривающей фольге 3 капсулы. Прокалывающие элементы установлены на периферии стенки 55, предпочтительно равномерно распределенным образом для того, чтобы обеспечивать в капсуле несколько отверстий, чтобы центрифугируемая жидкость могла выходить из капсулы, образуя несколько потоков.
Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения, узел 29 нагнетания воды, кроме того, содержит клапанную систему 56 для управления потоком жидкости, исходящей из устройства. Клапанная система 56 может быть смонтирована на части 49, обеспечивающей зацепление капсулы для введения ее во вращение, имеющего форму кольцевого участка 57 зацепления, который смещается под действием устройства 58, создающего упругое нагружение, например, пружины. Кольцевой участок 57 зацепления включает прижимную периферийную поверхность 59, которая под действием устройства, создающего упругое нагружение, прикладывает запирающее усилие к периферийному ободу 4 капсулы с тем, чтобы быть в состоянии ограничивать поток жидкости. Поверхность 59 может образовывать конус или V-образную форму с тем, чтобы усиливать закупоривающее давление на локализованном участке. Участок 57 зацепления, кроме того, содержит внутренний опорный участок 60. Таким образом, создающее упругое нагружение устройство 58 вставляется в пространство, расположенное в обеспечивающей зацепление части 49 между опорным участком 60 и участком 61, обеспечивающим противодействующую силу. Поэтому в исходном положении участок 57 зацепления клапанной системы под сдавливающим действием упругого элемента 58 остается в запертом по ободу капсулы состоянии. Узел 29 зацепления капсулы может, кроме того, содержать трубчатый участок юбки 62, которая вдается во внутреннюю кольцевую камеру 63 узла 30 приема жидкости, когда эти два узла запираются друг относительно друг вокруг капсулы. Этот трубчатый участок юбки 62 образует отражательную стенку для центрифугируемой жидкости, которая под давлением проходит через клапанную систему. Этот участок 62 предпочтительно находится на узле 29 в закрепленном состоянии. Узел, кроме того, содержит участок 64 манипулирования, предназначенный для облегчения присоединения к узлу 30 получения жидкости. Этот участок 64 манипулирования может иметь рифленую для удобства обращения периферийную поверхность. Участок манипулирования может быть закреплен на неподвижном основании узла 29 винтами 67.
Этот участок может быть заменен рычажным механизмом или другим подобным средством манипулирования.
Как уже упоминалось, для присоединения этих узлов 29, 30 друг к другу обеспечивается средство соединения. Например, на стороне трубчатой поверхности узла 29 нагнетания воды выполнены небольшие штифты 65, которые могут входить в зацепление с боковыми запирающими отверстиями 66 на трубчатой поверхности узла 30 приема жидкости. Благодаря этому между этими двумя узлами может быть осуществлено соединение угловым вращательным или винтообразным закупоривающим движением, обеспечивающим возможность штифтам зацепить продолговатые отверстия 66. Может быть предусмотрено другое устройство соединения, заменяющее это средство соединения байонетного типа. Например, специалистом в данной области может быть предусмотрено резьбовое соединение или устройство закупоривания поступательными движениями. Система для капсул в целом работает в соответствии со следующим принципом. Устройство для капсул открывается перемещением этих двух узлов 29, 30 друг относительно друга, например отсоединением соединения байонетного типа и разделением этих двух узлов 30, 29. В результате содержащая пищевой материал закупоренная капсула 1 однократного применения может вставляться в устройство, то есть размещаться в полости вращающегося барабана 36. Капсула может помещаться в устройство при том, что капсула является закрытой газонепроницаемой закупоривающей фольгой 3. Устройство затем закрывается узлом 29, опять присоединяемым к узлу 30, и закрывается соединяющим устройством. В закрытом положении капсула открывается водным инжектором, который прокалывает закупоривающую фольгу капсулы и вводится внутрь капсулы через впускное отверстие 35 для воды. В это же время на периферии закупоривающей фольги прокалывающими элементами 51-54 прокалывается несколько выпускных отверстий для жидкости. Таким образом, через центральный водный инжектор 45 в капсулу может вводиться вода. В узлах впрыска могут быть проделаны вентиляционные отверстия, предназначенные для обеспечения возможности выхода из капсулы газа во время введения в нее воды. Капсула может быть приведена во вращение включением вращательного двигателя 40. Процесс центрифугирования может быть начат одновременно с началом нагнетания вводимой в капсулу воды или же немного позже или раньше того, как начнется процесс нагнетания воды.
Например, в случае приготовления напитка из молотого кофе перед началом процесса центрифугирования, выполняемого посредством вращения капсулы, может быть предпочтительным выждать время в несколько секунд, в течение которых вода заполняет капсулу. Благодаря этому вода сможет должным образом проникнуть в кофе до того, как жидкость центрифугируется, тем самым предотвращая образования областей, остающихся в данной порции кофе сухими.
Центрифугирование выполняется вращением капсулы вокруг центральной оси I вращения устройства, которая предпочтительно является соосной с центральной осью капсулы. Скорость вращения предпочтительно составляет от 1000 до 12000 оборотов в минуту (об/мин), более предпочтительно от 1500 до 8000 об/мин. В устройстве может быть обеспечен блок управления, предназначенный для того, чтобы устанавливать скорость вращения в соответствии с природой приготавливаемой жидкости и/или материала в капсуле. Чем выше скорость вращения, тем большее давление прикладывается к периферийной стенке капсулы и тем в большей степени уплотняется материал на боковой стенке капсулы. Важно заметить, что более высокие скорости вращения способствуют приготовлению настоя кофе, содержащего более низкие количества сухого вещества, так как время пребывания жидкости в слое кофе оказывается короче. Более низкие скорости вращения обеспечивают более крепкий кофе (в отношении содержания сухого вещества кофе), так как время пребывания жидкости в капсуле оказывается более длительным. Приготовление напитка происходит в капсуле с помощью проходящей по материалу воды, тем самым обеспечивающей экстракцию или частичное, либо полное диспергирование или растворение материала. В итоге центрифугируемой жидкости дается возможность пройти через ряд обеспеченных в капсуле выходных отверстий 18, например через крышку 8. Под действием центробежных сил материал, например порошок кофе, имеет тенденцию уплотняться в радиальном направлении по отношению к периферийным стенкам 7, 17 оболочки капсулы, тогда как вода стремится к прохождению через материал. Это приводит к тому, что материал оказывается одновременно уплотненным и хорошо смоченным водой. Благодаря высокой скорости вращательного движения капсулы центробежные силы равномерно воздействуют на массу материала. Следовательно, распределение воды также оказывается более однородным по сравнению с обычными способами, использующими для приложения давления к капсуле нагнетательные насосы. В результате уменьшается риск возникновения преимущественных путей протекания через материал, которые могут приводить к образованию областей, не смачиваемых должным образом и, вследствие этого, не подвергающихся надлежащей обработке, диспергированию или растворению. В случае порошка молотого кофе жидкость, которая достигает внутренней боковой стенки капсулы, оказывается жидким экстрактом. Затем этот жидкий экстракт вынуждается перетекать вверх по внутренней стороне боковой стенки капсулы. Расширение боковой стенки 7 капсулы стимулирует продвижение поднимающегося потока жидкости в капсуле в направлении отверстий.
Размеры этих выходных отверстий 18 в оболочке капсулы устанавливаются в зависимости от находящегося в капсуле материала. Мелкие отверстия, такие как щели небольшой ширины или отверстия малого диаметра, проявляют тенденцию к обеспечению функцию фильтрования, удерживая твердые частицы в оболочке капсулы и позволяя проходить через отверстия только жидкому экстракту.
Кроме упомянутого выше, отверстия могут также обеспечивать ограничение потока, которое оказывает влияние на взаимодействие воды с материалом и на создание пены или кремы на поверхности напитка. Эти отверстия также образуют достаточные сужения, которые создают усилия сдвига и вследствие этого генерируют пену или кофейную крему. Некоторое количество содержащегося в капсуле газа может оказаться захваченным в жидкости и, вследствие сброса давления после ограничения потока, образует в жидкости множество мелких пузырьков. Кроме того, клапанная система 56 устройства может начать открываться по мере возрастания на клапане давления выходящей из капсулы жидкости. Вследствие этого, управляя с помощью клапанной системы некоторым запаздыванием перед открыванием, можно обеспечить достаточное взаимодействие между водой и содержащимся в капсуле материалом. Эта регулируемая задержка зависит от различных параметров, таких как скорость вращения, сила, прилагаемая средством, создающим упругое нагружение (то есть жесткость пружины), перепад давления, создаваемый материалом и выходными отверстиями, и т.д. Открытие клапанной системы производится прижимной поверхностью 59 клапанной системы, приподнимающейся по мере того, как возрастает давление жидкости на ее внутренней поверхности. Можно заметить, что капсула обода также может быть по существу гибкой, чтобы деформироваться под действием давления жидкости. Поэтому относительное перемещение, происходящее между прижимной поверхностью и капсулой, 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 юбки 62. Жидкость начинает наполнять полость 68 узла получения жидкости и может вытекать через трубочку 32 для выпуска жидкости, чтобы собираться в расположенной внизу чашке или стакане.
В другом варианте выполнения изобретения, поясняемом на фиг.12 и 13, для обозначения одних и тех же или эквивалентных технических устройств используется одинаковая нумерация позиций. В этом варианте выполнения клапанная система 56 характеризуется тем, что средство, создающее упругое нагружение, является уплотнительным кольцом 69 из упругой резины, вставляемым между сдавливающей поверхностью 59 и неподвижным участком 61 узла 29 нагнетания воды. Уплотнительное кольцо поддерживается между двумя вогнутыми участками 70, 71 клапанной системы. Опять в процессе приготовления напитка давление жидкости в капсуле стремится приподнять сдавливающую поверхность 59, чтобы создать проход между ободом 4 капсулы и сдавливающей поверхностью. Сдавливающая поверхность может быть образована с острым концом или кромкой, способной создавать концентрацию сил на ободе. Можно предположить, чтобы устройство, создающее упругое нагружение, и сдавливающий участок были одним и тем же элементом. Например, сдавливающий участок может быть изготовлен из упругого резинового материала.
В варианте, представленном на фиг.12 или 13, водный инжектор может быть в капсуле простым впускным отверстием для воды без прокалывающего устройства. В этом случае капсула предварительно вскрывается до введения в устройство, то есть закупоривающая фольга удаляется сдиранием или же прежде, чем капсула вставляется в устройство, в ней протыкается центральное отверстие. Кроме того, закупоривающим устройством 72, которое прикладывает некоторое закупоривающее давление к верхней стороне капсулы, может быть выполнено закупоривающее зацепление водного инжектора. Благодаря этому предупреждается просачивание воды по верхней стороне капсулы и протекание в обход капсулы с прямым выходом через выпускное отверстие для жидкости.
Капсула может быть выполнена в различных вариантах, таких как представленные на фиг.14 и 15. Общая конструкция капсулы такая же как и в предыдущем варианте, 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 окружности ленту из пористого материала. Пористый материал обеспечивает ограничение потока, создавая некоторый перепад давления, например, между 0,5 и 4 бар, и приводит к отфильтровыванию твердых частиц. В частности, размер пор материала может быть выбран таким, чтобы удерживать также мелкие частицы кофе, то есть частицы с размерами не более 90 мкм. Также, когда площадь открытой поверхности пористой ленты оказывается менее 50% общей площади поверхности ленты, обеспечивается перепад давления. Бумага, ткань, ячеистый или пористый материал может быть образован из ленты или лент, которые могут быть приварены или иным образом объединены с крышкой.
В другом возможном варианте также для обеспечения функции фильтрования пористым сжимаемым материалом может быть наполнена выемка 16. Например, материал может быть губкой или тканью.
Согласно фиг.16 и 17, капсула в системе изобретения может также содержать оболочку, которая образована чашеобразным корпусом 2 и пористой стенкой 80. Чашеобразный корпус содержит основную полость 82, предназначенную для хранения пищевого материала, и периферийную выемку 81 для вмещения жидкого экстракта, который проходит сквозь пористую стенку 80 во время процесса центрифугирования. Выемка 81 ограничивается 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 располагается ниже внешнего обода с тем, чтобы оставить свободное пространство 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 выполнения 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, представленная на фиг.16 и 17, может прокалываться в ее центре 89 для впрыскивания воды в оболочку 82, содержащую материал. В результате оказываются проколотыми как внешняя фольга 86, так и внутренняя стенка 80. Капсула вставляется в устройство, как описано выше. Капсула приводится во вращение в центрифуге при определенной скорости, например от 1000 до 16000 об/мин, более предпочтительно - от 5000 до 12000 об/мин. В оболочке происходит процесс приготовления напитка или растворения под действием воды, проходящей сквозь материал. 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 оболочку через зазор 85, а затем через кольцевую выемку 81. Жидкость выходит из капсулы через проколотые отверстия, проделанные 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 с периферийным участком 870, который находится на расстоянии от фольги 86. В этом примере периферийный участок 870 содержит выходные отверстия оболочки. Центральный участок 880 может иметь отверстия или же может быть не имеющим отверстий. В этом варианте выполнения не допускается прохождения никаких количеств жидкости между внешней фольгой 86 и внутренним участком стенки 880, так как они сварены между собой. Если на участке стенки 870 в капсуле создается достаточный перепад давления, необходимость в обязательном обеспечении устройства дополнительным средством ограничения потока, таким как описанный ранее клапан, отсутствует. В этом случае имеющееся в капсуле средство ограничения потока является достаточным для того, чтобы поддерживать достаточное давление в оболочке, и тем самым обеспечивать хорошее взаимодействие с материалом, например воды с молотым кофе. Например, хороший, имеющий крему кофе типа эспрессо может быть получен с капсулой, содержащей тканую полимерную мембрану с размером пор в пределах диапазона от 10 до 200 мкм.
Можно заметить, что периферийный участок капсулы, содержащей средство сужения потока, например отверстия, может быть по существу ориентирован перпендикулярно оси вращения, как в примерах по фиг.16-18, или наклонным относительно указанной оси, как в примере, представленном на фиг.1-6.
В другом возможном варианте выполнения ограничение потока может быть обеспечено или дополнено неровностями в капсуле или другими подобными структурами, образующими извилистый путь течения жидкости.
Система с применением капсулы изобретения обеспечивает высокие результаты приготовления напитков с величинами содержания сухого вещества, превышающими получаемые с помощью обычных систем. Результаты показывают очень высокую воспроизводимость от капсулы к капсуле. Как ни удивительно, крема также оказалась заметно улучшенной, обладая более сливочной, более устойчивой и более плотной текстурой.
Можно заметить, что создаваемый ограничивающим средством перепад давления может быть определен с помощью испытания давлением, состоящего в заполнении капсулы водой под давлением и измерением в точке впрыска давления воды, при котором становится возможным прохождение жидкости через устройство ограничения, то есть клапанную систему.
Следует учесть, что изобретение может охватывать множество вариантов выполнения, которые являются включенными в объем притязаний формулы изобретения, которая следует далее.