УСТРОЙСТВО И КАПСУЛА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ НАПИТКА
DEVICE AND CAPSULE FOR BEVERAGE PREPARATION

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к капсуле и перфорирующему устройству для приготовления напитков, в частности кофе «фильтрованного» типа.
Уровень техники
Определенные капсульные системы пригодны для приготовления кофейных напитков типа «эспрессо»; для этих видов кофе обычно требуется высокое давление от 2 до 8 бар. Для систем приготовления кофе «фильтрованного» типа (также известного как «заварное» кофе) давление впрыскивания воды должно быть не слишком высоким, с тем чтобы не вызвать образование пены, и молотый кофе должен хорошо смачиваться для хорошей экстракции. В существующих системах, чтобы обеспечить хорошую экстракцию кофе, содержащегося в капсуле, капсулы являются очень большими, и они только частично заполняются молотым кофе, иногда менее чем на 50% от объема контейнера. Проблема заключается в обеспечении хорошей экстракции при низком давлении, поскольку, когда капсула очень заполнена, образуются предпочтительные каналы, и часть кофе не смачивается. Традиционные капсулы для фильтрованного кофе являются очень громоздкими, что создает проблемы по их хранению и транспортировке, а также в отношении размеров машины, предназначенной для экстракции кофе. Существует также необходимость уменьшить количество материалов, используемых для упаковки, по экологическим соображениям.
Раскрытие изобретения
Цель данного изобретения - предложить капсулу и устройство для приготовления горячего напитка путем впрыскивания горячей воды внутрь капсулы, которая является компактной и экономичной и которая позволяет обеспечить высокую степень экстракции при низком давлении.
Преимуществом является обеспечение капсулы и устройства для приготовления горячего напитка, в которой используется мало упаковочного материала.
Преимуществом является обеспечение капсулы и устройства для приготовления горячего напитка, которое может работать при низком давлении для приготовления фильтрованного кофе, в то же время обеспечивая высокую степень экстракции и с компактной и хорошо заполненной капсулой.
Преимуществом является обеспечение капсулы и устройства для приготовления горячего напитка, которое является надежным и которое обеспечивает возможность получить стабильную и повторно воспроизводимую экстракцию от одной капсулы к следующей.
Преимуществом является обеспечение капсулы для приготовления горячего напитка, в которой используются материалы с малым отрицательным воздействием на окружающую среду и в малых количествах.
Цели данного изобретения достигаются с помощью капсулы, выполненной согласно п.1 формулы изобретения, причем капсула связана с перфорирующим устройством машины для приготовления напитка путем впрыскивания воды внутрь капсулы.
В настоящей патентной заявке описана капсула, которая включает в себя боковую стенку и донную стенку, образующие самоподдерживающую оболочку, верхнюю стенку, заключающую объем, герметизируемый внутри оболочки, содержащий вещество, подлежащее экстракции, и фильтрующую мембрану внутри герметичного объема, расположенную на донной стенке. Донная стенка включает в себя периферийную часть и центральную часть, причем центральная часть проходит под фильтрующей мембраной, имеющей ненулевую глубину H3, и включает в себя часть нижней стенки, предназначенной для ее перфорации или прорезания перфорирующим устройством, чтобы создать один или несколько выходных каналов для вытекания напитка, проходящего через фильтрующую мембрану. Периферийная часть включает в себя проточные каналы, проходящие по существу радиально от части нижней стенки к боковой стенке, расположенные между опорными лучами, проходящими до уровня фильтрующей мембраны и образующими опоры для фильтрующей мембраны против давления воды, впрыскиваемой внутрь капсулы, и нажатия на вещество, содержащееся в капсуле. В настоящей патентной заявке также описано перфорирующее устройство, связанное с капсулой, машины для приготовления напитка путем впрыскивания воды в капсулу.
Опорные лучи и проточные каналы образуют гофрированную поверхность, причем образующие линии гофр проходят по существу радиально от центральной части к боковой стенке. Направленные радиально внутрь концы опорных лучей окружают нижнюю камеру, позволяя перфорировать (протыкать) часть нижней стенки и позволяя перфорирующему устройству проникать внутрь капсулы без перфорирования фильтрующей мембраны.
Перфорирующее устройство включает в себя перфорирующий элемент для открытия дна капсулы, причем перфорирующий элемент в одном преимущественном варианте осуществления данного изобретения включает в себя лезвие, имеющее круглую или по существу круглую форму, предназначенное для прорезания отверстия в нижней части донной стенки. Лезвие может преимущественно содержать перфорационные кончики в форме зубьев пилы.
Перфорирующий элемент может быть смонтирован на свободном конце трубчатой опоры, имеющей центральный канал для выходящего потока жидкости.
В варианте осуществления данного изобретения лезвие включает в себя промежуток, так что лезвие не покрывает полной окружности, причем лезвие сконструировано таким образом, что отрезанная часть нижней стенки не отделяется полностью от остальной части донной стенки.
Согласно преимущественному варианту осуществления данного изобретения перфорирующее устройство включает в себя плунжер, расположенный в центральном канале, причем плунжер может перемещаться аксиально в направлении, перпендикулярном к фильтрующей мембране, и сконструирован таким образом, что он прижимается к фильтрующей мембране после перфорирования донной стенки капсулы.
Плунжер может включать в себя решетку для протекания жидкости через плунжер.
Перфорирующее устройство может преимущественно содержать основание, имеющее гофрированную поверхность с лучами, предназначенное для хорошей посадки и позиционирования донной стенки капсулы.
Краткое описание чертежей
Другие цели и преимущественные аспекты данного изобретения станут очевидны из формулы изобретения или из подробного описания варианта осуществления данного изобретения, приведенного ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг.1a дан вид в перспективе и в разрезе капсулы без верхней стенки и перфорирующей части устройства для приготовления напитка в положении перед перфорированием, выполненных согласно варианту осуществления данного изобретения;
на фиг.1b дан увеличенный вид донной части капсулы и устройства, изображенных на фиг.1a;
фиг.2a представляет собой чертеж, аналогичный фиг.1a, с перфорирующей частью в положении, в котором дно капсулы было перфорировано;
на фиг.2b дан вид в перспективе и в частичном разрезе части донной стенки и перфорирующей части устройства в положении перфорирования;
на фиг.3a дан вид в разрезе капсулы без верхней стенки, выполненной согласно варианту осуществления данного изобретения;
на фиг.3b и 3c даны виды в перспективе капсулы, изображенной на фиг.3a, если смотреть сверху и снизу, без верхней стенки и без какого-либо вещества, подлежащего экстракции, внутри капсулы, причем фильтр внутри у дна капсулы удален на фиг.3b, чтобы показать донную стенку капсулы;
на фиг.4a и 4b даны виды в перспективе и соответственно в разрезе перфорирующей части устройства для приготовления напитка, выполненной согласно варианту осуществления данного изобретения;
на фиг.5a и 5b даны вид в перспективе и вид в разрезе соответственно донной стенки устройства для приготовления напитка из капсулы, выполненной согласно варианту осуществления данного изобретения;
на фиг.6 дан вид в перспективе центральной части перфорирующей части устройства, выполненной согласно варианту осуществления данного изобретения.
Осуществление изобретения
Обращаясь к чертежам, капсула 2 включает в себя внутренний объем 3, содержащий вещество, подлежащее экстракции (не показано), герметически закупоренное во внутреннем объеме. Машина для приготовления напитка, в частности горячего напитка, связанная с капсулой, включает в себя специально выделенный держатель капсулы, одна перфорирующая часть 4 которого показана на фиг.1-2b. Перфорирующая часть 4 включает в себя основание 8 и перфорирующее устройство 6.
Капсула 2 включает в себя донную стенку 16, боковую стенку 18 и верхнюю стенку (не показана), приклеенную или приваренную к верхней поверхности 20 буртика 21, проходящего радиально от боковой стенки к противоположной стороне донной стенки 16. Боковая стенка 18 может иметь немного коническую форму. Донная стенка и боковая стенка, а также буртик предпочтительно изготовлены в виде единой детали, образуя жесткую самоподдерживающую оболочку. Верхняя стенка предпочтительно выполнена в виде гибкой мембраны, изготовленной из полимерного материала, например ламинированного многослойного пластика, причем эта стенка приварена к буртику 21, например, путем термической герметизации или ультразвуковой сварки. Донная, боковая и верхняя стенки позволяют заключить вещество для приготовления напитка, в частности молотый кофе, внутрь внутреннего объема 3, тем самым позволяя сохранить свежесть вещества в течение длительного периода времени. Вместо молотого кофе вещество, подлежащее экстракции, может также представлять собой чайные листья, порошковое молоко, порошкообразный шоколад, сублимированный бульон или другие вещества. Капсула и устройство, выполненные согласно данному изобретению, имеют конструкцию, которая является особенно преимущественной для приготовления кофе фильтрованного типа при низком давлении и с малым пенообразованием.
Оболочка, состоящая из боковой стенки, донной стенки и буртика, может быть изготовлена из пластика методом инжекционного литья или из многослойного листа пластика, полученного методом вакуумного формования. Оболочка может быть изготовлена полностью из пластика, включая, например, полипропилен, но данное изобретение также преимущественно позволяет изготавливать оболочку из другого материала, отличного от пластика, или из комбинации материалов, таких как ламинаты, включающие в себя пластик. В частности, другие материалы, которые могут использоваться для изготовления оболочки в рамках объема данного изобретения, представляют собой целлюлозные материалы, т.е. материалы, состоящие из волокон, аналогичных волокнам, используемым в производстве бумаги или картона. Целлюлозный материал может обеспечить определенную жесткость и может быть снабжен слоем пищевого воска на внутренней поверхности контейнера для гарантии удержания жидкости и чтобы уменьшить диффузию молекул сквозь стенку. Капсула может также иметь слой этилен-винилового спирта, позволяющий заменить алюминий; он уменьшает диффузию молекул (кислорода) сквозь многослойный полипропиленовый лист.
Капсула также включает в себя фильтрующую мембрану 22, расположенную во внутреннем объеме 3 капсулы у дна капсулы, отделяющую твердые вещества, содержащиеся во внутреннем объеме 3, от выходного канала для вытекания жидкости. Фильтрующая мембрана 22 может преимущественно располагаться напротив внутренней поверхности донной стенки 16 и в одном предпочтительном варианте осуществления данного изобретения проходит вдоль всей внутренней поверхности, образованной периферией донной стенки, соединенной с боковой стенкой 18. Фильтрующая мембрана 22 может быть предпочтительно частично приклеена в том месте, где она находится в контакте с поверхностью донной стенки капсулы, например на ее периферии или на линиях лучей, чтобы предотвратить складывание фильтрующей мембраны, когда определенное давление прикладывается водой, впрыскиваемой в капсулу. Фильтрующая мембрана может быть изготовлена из целлюлозного материала с пористостью, которая позволяет удерживать твердые вещества, но позволяет протекать жидкостям, образующим напиток, предназначенный для приготовления при низком давлении, в частности менее 2 бар или даже менее 1,5 бар. Это обеспечивает возможность, в частности, приготавливать кофе фильтрованного типа, требующее долгого времени смачивания для молотого кофе и медленной экстракции кофе по сравнению с приготовлением кофе типа «эспрессо». Таким образом, удается предотвратить чрезмерное пенообразование, не желательное в фильтрованном кофе.
Донная стенка 16 включает в себя центральную часть 24 и периферийную часть 23, причем центральная часть проходит ниже периферийной части 23 на глубине H3. Центральная часть включает в себя нижнюю часть 25 стенки, предназначенную для ее перфорирования или прорезания перфорирующим устройством 6, с тем чтобы создать один или несколько выходных каналов для вытекания напитка, проходящего через фильтрующую мембрану. Периферийная часть 23 включает в себя проточные каналы 26, проходящие радиально от нижней центральной части к боковой стенке, расположенные между опорными лучами 28, проходящими до уровня фильтрующей мембраны и образующими опоры для фильтрующей мембраны против давления воды, впрыскиваемой в капсулу, и нажимающие на вещество, содержащееся в капсуле, чтобы вызвать протекание жидкости, подлежащей экстракции, через фильтр. Опорные лучи 28 и проточные каналы 26, таким образом, образуют гофрированную поверхность, причем образующие линии гофр проходят по существу радиально от центральной части до боковой стенки. Ширина Lx опорных лучей может изменяться в зависимости от расстояния r от центра капсулы, чтобы учесть ширину проточных каналов 26 для поддержания фильтра, с тем чтобы предотвратить его складывание в любой точке на его поверхности.
Радиально внутренний конец 30 опорных лучей 25 окружает нижнюю камеру 32, позволяя перфорировать нижнюю часть 25 стенки донной стенки и позволяя перфорирующему устройству проникать внутрь капсулы, как показано на фиг.2a и 2b. Верхняя поверхность 29 опорных лучей 28 может быть по существу плоской, иметь небольшую выпуклость, или может иметь неплоскую поверхность, такую как гофрированную поверхность, или иметь выступы для образования небольших островков или опорных точек для фильтрующей мембраны, в то же время оставляя промежутки между выступами для протекания жидкости через фильтр и в проточные каналы 26. Цель заключается в том, чтобы иметь поверхность фильтрующей мембраны, которая хорошо поддерживается дном капсулы, и в то же время чтобы она имела не загроможденную и свободную поверхность для протекания жидкости через фильтрующую мембрану.
Фильтрующая мембрана 22 может быть приклеена или прикреплена к донной стенке только вдоль ее периферийной окружности, но фильтрующая мембрана может быть также приклеена или приварена в нескольких точках или вдоль радиальных линий, где она находится в контакте с верхней поверхность 29 опорных лучей.
Максимальная глубина H1 внедрения перфорирующего элемента 10 перфорирующего устройства в капсулу относительно нижней части 30 стенки предпочтительно составляет от 0,7 до 0,9 глубины H3 центральной части. Соотношение H3/D3 глубины H3 центральной части и диаметра D3 центральной части преимущественно составляет от 1/3 до 2/3, предпочтительно от 2/5 до 3/5. Соотношение D3/D4 диаметра D3 центральной части 24 и диаметра D4 периферийной части 23 составляет предпочтительно от 1/3 до 1/5, преимущественно от 3/10 до 3/12, с тем чтобы иметь большую периферийную зону фильтрации и очень не загроможденный центральный проем для вытекания жидкости. Угол наклона α выходных каналов относительно плоскости фильтрующей мембраны 22 составляет предпочтительно от 10° до 30°, преимущественно от 13° до 23°, чтобы иметь наклон, обеспечивающий хорошее вытекание жидкости, проходящей через фильтр, и в то же время иметь капсулу со стабильной и компактной формой.
Перфорирующее устройство 6 включает в себя перфорирующий элемент 10 для открытия дна капсулы. В проиллюстрированном варианте осуществления данного изобретения перфорирующий элемент преимущественно включает в себя лезвие, имеющее круглую или по существу круглую форму, с перфорационными точками для вырезания по существу круглого отверстия в нижней части 25 стенки донной стенки 16. Перфорационные кончики в проиллюстрированной варианте осуществления данного изобретения имеют форму зубьев пилы. Перфорирующий элемент 10 смонтирован на свободном конце трубчатой опоры 17, образующей центральный канал 19 для вытекания жидкости. Когда напиток приготавливается, вода впрыскивается через верхнюю стенку с помощью перфорирующей впрыскивающей головки (не показана) внутрь внутреннего объема. Донная стенка капсулы может перфорироваться в три различных момента времени, в зависимости от типа напитка, подлежащего приготовлению, и рабочих параметров машины: перед тем, как будет впрыскиваться вода, в то же самое время, когда вода впрыскивается, или преимущественно после того, как начнется впрыскивание воды, чтобы обеспечить определенное время смачивания для вещества в капсуле до того, как напитку будет позволено вытекать из капсулы.
Когда нижняя часть стенки перфорируется, трубчатая опора 17 и лезвие 10 проникают в нижнюю камеру 32. Трубчатая опора 17 оснащена множеством боковых отверстий 14, позволяющих напитку, протекающему через фильтр, протекать вдоль каналов 26 и вытекать из капсулы через боковые отверстия 14, расположенные на уровне нижней точки нижней камеры, и затем втекать в центральный канал 19 у выходного отверстия машины (не показано).
Круглое лезвие 10 может в одном варианте осуществления данного изобретения преимущественно включать в себя промежуток 11, так что лезвие не покрывает полную окружность, с тем чтобы вырезанная часть нижней части стенки не отделялась полностью от остальной части донной стенки.
Перфорирующее устройство 6 может также преимущественно включать в себя плунжер 12, расположенный в центральном канале 19. Плунжер может служить для того, чтобы предотвратить падение вырезанной нижней части стенки внутрь центрального канала, или может служить для образования опоры для центральной части фильтрующей мембраны 22 после перфорирования или прорезания донной стенки. В первом варианте плунжер смонтирован неподвижным образом внутри центрального канала 19. Во втором варианте плунжер может перемещаться аксиально в направлении A, перпендикулярном фильтрующей мембране, и приводится в движение поршневым штоком или стержнем (не показан). В этом втором варианте после перфорирования нижней части 30 стенки плунжер поднимается, чтобы он проходил мимо лезвия и опирался на фильтрующую мембрану 22. Таким образом, фильтрующая мембрана 22 поддерживается в ее центральной части против давления жидкости и вещества во внутреннем объеме капсулы во время экстракции напитка. Подвижный плунжер также предотвращает прижатие фильтрующей мембраны 22 к перфорирующему элементу 10, что могло бы привести к ненамеренной перфорации фильтрующей мембраны.
В проиллюстрированном варианте осуществления данного изобретения плунжер включает в себя периферийное кольцо 15, поддерживающее решетку 13, предназначенную для протекания жидкости через плунжер. Плунжер может, однако, включать в себя другие формы решетки или конструкции, проходящие вдоль части или всей секции 19 канала и имеющие отверстия или проемы, позволяющие протекать жидкости сквозь них. Преимущественно этот вариант дает возможность обеспечить прекрасную опору для фильтрующей мембраны и позволить использовать очень тонкую фильтрующую мембрану и в результате обеспечить низкое сопротивление потоку жидкости.
Гофрированная форма периферийной части 23 донной стенки дает возможность иметь капсулу с очень малой толщиной донной стенки и также боковой стенки, в то же время обеспечивая достаточную жесткость для оболочки, чтобы она была самоподдерживающей и способной выдерживать давление экстракции. Кроме того, жесткость периферийной части 23 дает возможность иметь нижнюю часть 30 стенки, которая является очень тонкой, и ее можно легко перфорировать или прорезать.
Основание 8 перфорирующей части может преимущественно включать в себя гофрированную поверхность с лучами 5 и желобами 7, соответствующими форме донной стенки капсулы, для хорошей посадки и позиционирования капсулы в машине.
Гофрированное основание также дает возможность усилить устойчивость донной стенки капсулы во время перфорирования нижней части стенки и затем поддерживать капсулу, несмотря на определенное размягчение пластикового материала при температуре экстракции, которая достигает 100°C.