КАПСУЛА, СОДЕРЖАЩАЯ ИНГРЕДИЕНТ НАПИТКА, И СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ НАПИТКА НА ОСНОВЕ КАПСУЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
CAPSULE WITH DRINK COMPONENT AND METHOD OF DRINK PREPARATION BY CAPSULE TECHNOLOGY

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к капсулам для содержания ингредиентов, и при его осуществлении можно приготавливать напиток или жидкий пищевой продукт из ингредиента, содержащегося в капсуле, за счет взаимодействия жидкости, например, такой как горячая вода, под давлением с ингредиентом.
Кроме того, изобретение относится к устройствам для приготовления напитка, предназначенным для приготовления напитка или жидкого пищевого продукта путем впрыскивания жидкости в содержащую ингредиент капсулу.
Изобретение также относится к способам приготовления напитка из содержащей ингредиент капсулы.
Уровень техники
Некоторые системы для приготовления напитков, в которых используются содержащие ингредиенты напитков капсулы, популярны ввиду качества выпускаемых напитков, а также удобства и простоты их приготовления. Типичным примером является приготовление кофе с использованием герметичной капсулы, содержащей порошок молотого кофе, в машинах для приготовления кофе.
Изобретение относится главным образом к использованию капсул, которые заполнены ингредиентом, а затем герметизированы на месте приготовления. Такие капсулы могут быть затем вставлены в машину для приготовления напитка (например, в машину для приготовления кофе), и при этом пользователю не нужно вручную вскрывать, по меньшей мере, один торец капсулы.
В соответствии с этой известной технологией вскрытие впускной стороны и выпускной (сливной) стороны капсулы осуществляется специализированными элементами самой машины после вставки капсулы в машину для приготовления напитка.
Известны несколько примеров технологий, при которых механические перфорирующие средства проникают во впускную сторону и выпускную сторону капсулы для создания таких впускных отверстий и сливных отверстий.
Другими примерами являются активные механические перфорационные средства для вскрытия капсулы только на впускной стороне. Как только впускная сторона оказывается вскрытой, вода под давлением впрыскивается в капсулу, и давление внутри капсулы начинает увеличиваться до тех пор, пока внутреннее давление не заставит выпускную сторону капсулы вскрыться, перфорироваться или прорваться. Вскрытию сливной стороны капсулы может содействовать прижатие выпускной стороны капсулы, например, к специализированным механическим вскрывающим средствам.
В документе WO 2005/066040 А2 описаны капсула и способ приготовления напитков, при этом стенка герметичной капсулы содержит первую ослабленную область, пригодную для перфорирования жидкостью под давлением, действующей на внешнюю поверхность капсулы, и вторую область, пригодную для разрушения под воздействием давления, прикладываемого к ней напитком, присутствующим внутри капсулы.
Хотя введение внешних перфорационных средств в капсулу увеличивает сложность и может вызвать проблемы (окалина, загрязнение внешних перфорационных элементов машины для приготовления напитка ингредиентами, содержащимися в капсуле, и т.п.), технология, предложенная в WO 2005/066040, предусматривающая наличие ослабленной области капсулы, подвергающейся воздействию нагнетаемого давления, не представляет собой надежный способ вскрытия. К тому же, при таком конструктивном решении нельзя впрыскивать воду в нужном направлении в капсулу для смачивания, экстрагирования и/или растворения всей массы ингредиента.
В документе WO 2004/078009 представлена технология сжижения ингредиента, диспергируемого в жидкости, в сосуде. Распределяющий текучую среду элемент направляет воду прямо в камеру ингредиента и в направлении, которое не перпендикулярно верхней поверхности сосуда. Эта технология в большей степени посвящена плохо растворимым продуктам, таким как молочный порошок, для которого ожижение обеспечивает улучшенную, ускоренную дисперсию в жидкости.
В документе ЕР 1344722 представлена капсула, содержащая ингредиент напитка, имеющая жесткие внутренние фильтровальные пластины, которые снабжены гофрами, служащими для ограничения - вместе с примыкающей поверхностью стенки капсулы - открытых каналов, ограниченных тисненым рельефом, для распределения и сбора жидкости на водовпускной стороне и водовыпускной стороне капсулы соответственно. Для гарантирования этого эффекта распределения и собирания, фильтровальные пластины, ограничивающие открытые каналы, должны простираться вдоль всей поверхности объема ингредиента, а тисненый рельеф должен взаимодействовать с примыкающей поверхностью капсулы для достижения надлежащего эффекта распределения.
Однако в случае капсул, содержащих спрессованные ингредиенты, такие как прессованные брикеты молотого кофе, другая проблема заключается в том, чтобы гарантировать полное смачивание ингредиентов. Смачивание ингредиента определяет степень экстрагирования ингредиентов (т.е. количество всего сухого вещества, извлекаемых жидкостью). Если области сухого вещества не смочены должным образом, то в готовой экстрагированной жидкости будет меньше сухого вещества. Поэтому до настоящего времени предпочитали предусматривать много мест проколов для впрыскивания воды через капсулу, чтобы гарантировать надлежащее распределение воды через ингредиенты.
Например, в документе ЕР 0604615 или ЕР 0870457 описаны системы для экстрагирования гибких саше с помощью многочисленных прокалывающих игл. Однако наличие многих мест впрыска является причиной усложнения системы, а также требует увеличенных равнодействующих сил для прокалывания капсулы из-за плотности капсулы. С другой стороны, при наличии лишь одной централизованной точки впрыскивания, проблема состоит в том, что необходимо гарантировать надлежащее распределение воды через ингредиенты.
Следовательно, в настоящее время не существует одного решения для двух задач - устранения сложности оборудования и устранения проблем, связанных с впрыскиванием воды при надлежащем осуществлении впрыскивания воды в капсулу.
Раскрытие изобретения
Таким образом, задачей настоящего изобретения является разработка технологии, которая удовлетворяет этим требованиям.
Вообще говоря, идея заключается в том, чтобы встроить средства, отклоняющие струю воды, в саму капсулу таким образом, чтобы эти средства, отклоняющие струю воды, использовались один раз в связи с соответствующей капсулой. В соответствии с одним основным замыслом изобретения, средства, отклоняющие струю воды, могут быть внутренними механическими элементами капсулы, которые содействуют
- созданию отверстия для струи воды,
и/или
- сразу же после прохождения отверстия капсулы, переориентации (изменению направления) струи воды через элементы с профилями, которые близко расположены к прилегающей стенке капсулы (и образуют отверстия, огражденные каналы, щели).
Задача изобретения предпочтительно решается посредством признаков независимых пунктов формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения дополняют основной замысел настоящего изобретения.
В соответствии с первым аспектом изобретения, предложена герметичная капсула, содержащая ингредиент. Капсула снабжена, по меньшей мере, одним внутренним отклоняющим направление струи элементом, который расположен рядом с внутренней поверхностью торца капсулы. Внутренний отклоняющий направление струи элемент предназначен для изменения направления, по меньшей мере, части струи воды, впрыскиваемой через торец капсулы. Нужное направление струи воды достигается за счет того, что впрыскиваемую воду направляют, по меньшей мере, через один элемент с контурами, которые близки к соседней стенке капсулы и образуют каналы, отверстия или щели, причем этот элемент имеет ориентацию (если смотреть из центра впрыскивания воды), имеющую радиальную составляющую. После радиального распределения, вода предпочтительно переориентируется, пересекая ингредиент, по существу, в осевом направлении. В частности, вода предпочтительно переориентируется так, чтобы она текла через ингредиенты в осевом направлении, фильтром, который находится рядом с торцом капсулы.
Отклоняющий направление струи элемент предназначен для изменения направления струи воды, поступающей из впрыскивающего элемента, и образования одной или нескольких струй, предпочтительно радиальных.
Отклоняющий направление струи элемент может содержать, по существу, чашеобразный корпус.
Отклоняющий направление струи элемент может содержать радиальные отверстия, щели или каналы в стенке чашеобразного корпуса и/или ободке чашеобразного корпуса.
Капсула может быть снабжена, по меньшей мере, двумя отклоняющими направление струи элементами, которые расположены в капсуле симметрично и соответственно близко к внутренней поверхности одного торца капсулы. Преимущество такого расположения заключается в том, что для приготовления налитка капсулу можно поместить в два возможных положения, поскольку конструкции впускной и выпускной сторон симметричны. Поэтому безразлично, как могут быть использованы два противоположных торца капсулы - как впускная сторона или как выпускная сторона.
По меньшей мере, один отклоняющий направление элемент снабжен внутренним перфорирующим элементом, предназначенным для содействия в получении отверстия в торце капсулы.
По меньшей мере, один отклоняющий направление элемент занимает меньшую поверхность, чем вся внутренняя поверхность соответствующего торца. Занимаемая поверхность должна быть как можно меньшей, чтобы минимизировать равнодействующие силы в держателе капсулы, но достаточно большой, чтобы гарантировать деформацию поверхности капсулы для ее вскрытия (например, прокалывания). Например, по меньшей мере, один отклоняющий направление элемент может занимать менее чем 1/16 внутренней поверхности торца. Например, отклоняющий направление элемент может иметь наибольшую ширину (например, диаметр) менее чем около 2 см или даже менее чем 1,5 см.
Вблизи внутренней поверхности торца капсулы, предпочтительно в области торца, которая не перекрывается элементом, отклоняющим направление струи, можно расположить фильтр. В случае наличия такой мембраны фильтра не следует полагать, что отклоняющий направление элемент будет выполнять функцию фильтрации, так что отверстия в элементе, отклоняющем направление, можно сделать больше, чем средний размер зерен порошкообразных ингредиентов, содержащихся в капсуле. Отклоняющий направление элемент будет направлять впрыскиваемую воду радиально в пространство, ограниченное мембраной фильтра и соседней стенкой капсулы, перед проникновением в пространство с ингредиентом через (вертикально ориентированные) отверстия в мембране фильтра. Эти отверстия в мембране фильтра предпочтительно имеют размеры, меньшие, чем средний размер зерен порошкообразных ингредиентов, содержащихся в капсуле. После радиального распределения воды она пересекает мембрану фильтр, а затем слой ингредиента в осевом направлении или направлении внутрь, которое, по существу, перпендикулярно внешней поверхности капсулы.
Отклоняющий направление элемент может быть вставлен между фильтром и поверхностью стенки в области, занятой отклоняющим направление элементом.
Спрессованный (и поэтому имеющий устойчивую форму) ингредиент, такой как брикет кофе или другое подходящее средство, может поддерживать, по меньшей мере, один отклоняющий направление элемент в определенном положении рядом с внутренней поверхностью соответствующего торца капсулы.
Кроме того, изобретение относится к содержащей ингредиент напитка капсуле, снабженной, по меньшей мере, одним внутренним перфорирующим элементом, расположенным рядом с торцом капсулы и предназначенным для содействия получения отверстия в торце капсулы, когда торец упирается во внутренний перфорирующий элемент под действием внешних сил, которые могут быть, например, гидродинамическими или механическими.
Дополнительный аспект настоящего изобретения относится к устройству для приготовления напитков, предназначенному для приготовления напитка или жидкого пищевого продукта путем впрыскивания жидкости в содержащую ингредиент капсулу. Устройство снабжено закрывающим элементом, по меньшей мере, для частичного закрытия капсулы. Закрывающий элемент имеет заглубленные и/или выступающие профилирующие средства для создания дополнительных выступающих/углубленных проточных каналов, по меньшей мере, в одном торце капсулы путем деформирования торца капсулы, когда внутреннее пространство капсулы оказывается под давлением впрыскиваемой воды.
Профилирующие средства предпочтительно ориентированы радиально.
Когда закрывающий элемент вступает в контакт с капсулой, конфигурация профилирующих средств обеспечивает их движение из окрестности отклоняющего направление элемента по направлению к периферии капсулы с ингредиентом напитка.
Еще один дополнительный аспект настоящего изобретения относится к системе с капсулой для напитка, содержащей капсулу, охарактеризованную выше, а также к устройству для приготовления напитков, предназначенному для приготовления напитка путем впрыскивания жидкости в капсулу и слива приготовленного таким образом напитка из капсулы. Устройство может быть снабжено закрывающим элементом, по меньшей мере, для частичного закрывания капсулы. Закрывающий элемент может иметь заглубленные и/или выступающие профилирующие средства для создания дополняющих, т.е. выступающих/заглубленных проточных каналов, по меньшей мере, в одном торце капсулы деформированием торца капсулы, когда внутреннее пространство капсулы оказывается под давлением впрыскиваемой воды.
Закрывающий элемент может включать в себя средства впрыскивания воды, конфигурация которых обеспечивает подачу воды в капсулу через внутренний отклоняющий направление струи элемент.
Средства впрыскивания могут не включать в себя перфорирующие средства для вскрытия стенки капсулы.
Устройство для приготовления напитков может содержать держатель капсулы для поддержки капсулы, причем держатель капсулы может быть предназначен для избирательного взаимодействия с закрывающим элементом таким образом, что поддерживаемая капсула оказывается плотно закрытой.
Держатель капсулы может содержать, по меньшей мере, один выступающий элемент, приспособленный для разрывания или прокалывания торца капсулы с целью выпуска приготовленного напитка. Выступающий элемент может быть размещен в смещенном вбок положении относительно положения внутреннего отклоняющего направление струи элемента, когда капсула находится в плотном контакте между закрывающим элементом и держателем капсулы.
Держатель капсулы может содержать в себе множество рельефных элементов, расположенных вокруг отклоняющего направление элемента.
Еще один дополнительный аспект настоящего изобретения относится к способу приготовления напитка из содержащей ингредиент капсулы. Сначала капсулу вставляют в закрывающий элемент. Затем жидкость под давлением впрыскивают в капсулу. Динамически профилируют внутренние каналы, по меньшей мере, в одном торце капсулы за счет упора торца капсулы в профилирующие средства закрывающего элемента для динамического получения, по меньшей мере, одного внутреннего канала распределения жидкости, по меньшей мере, в одном торце капсулы.
Перечень чертежей
Дополнительные преимущества, задачи и признаки станут теперь очевидными из подробного описания предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения, рассматриваемого совместно с фигурами прилагаемых чертежей.
На фиг.1 изображен общий вид капсулы, вставленной в плотном контакте между держателем капсулы и закрывающим элементом машины для приготовления напитков;
на фиг.2 изображен закрывающий впрыскивающий элемент, который может использоваться в связи с настоящим изобретением;
на фиг.3(a, b, c) изображены различные виды капсулы в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг.4 изображена деталь настоящего изобретения, которая представляет собой отклоняющий направление струи элемент;
на фиг.5 изображено сечение другого варианта осуществления капсулы без внутреннего прокалывающего элемента;
на фиг.6 представлено изображение с пространственным разделением деталей согласно варианту осуществления, представленному на фиг.5;
на фиг.7 изображен отклоняющий струю элемент согласно варианту осуществления, представленному на фиг.5;
на фиг.8 изображена капсула согласно варианту осуществления, представленному на фиг.5, когда она помещена в машину для приготовления напитка;
на фиг.9 изображен верхний торец капсулы в соответствии с настоящим изобретением в состоянии после использования ее в машине, представленной на фиг.8, так что на верхнем торце капсулы динамически профилированы каналы.
Осуществление изобретения
На фиг.1 изображена капсула 1, которая вставлена и плотно закрыта держателем 14 капсулы и верхним закрывающим элементом 11 машины для приготовления напитка.
Капсула 1, которая обычно еще остается герметичной, когда ее вставляют в устройство для приготовления напитка, содержит ингредиент 2 для приготовления напитка или другого жидкого пищевого продукта. Капсулу 1 вскрывают не пальцы пользователя, а специализированные элементы устройства для приготовления напитка.
Верхняя сторона капсулы 1 на фиг.1 представляет собой сторону впуска жидкости. После того, как на верхней стороне капсулы 1 сделано отверстие, например, средство 19 впрыскивания воды может впрыскивать воду или другие пищевые жидкости в капсулу. В капсуле 1 впрыскиваемая жидкость будет взаимодействовать с ингредиентом, что позволит приготовить напиток или жидкий пищевой продукт.
Как только на выпускной стороне, которая является нижней стороной капсулы 1 в примере на фиг.1, проделаны одно или более отверстий, приготовленный напиток может сливаться через выпускное отверстие 16 для напитка устройства для приготовления напитка.
В контексте настоящего описания ингредиентом 2 напитка в капсуле 1 может быть ингредиент кофе, например, спрессованный порошок молотых обжаренных зерен кофе. Порошок кофе может быть спрессован с получением относительно твердого брикета, по существу, устойчивой формы. В этом случае предпочтительно впрыскивать горячую воду под давлением через средство 19 впрыскивания.
Отметим, что можно использовать широкий ассортимент ингредиентов, которые могут отличаться химически и физически (т.е. жидкости, твердые вещества, порошки, вязкая паста и т.д.) и которые могут быть также смешаны в капсуле 1.
Как будет подробнее объяснено ниже, во внутреннем пространстве капсулы 1 в положении, близком к одному из торцов 4, 4' капсулы, размещается отклоняющий направление струи элемент 3, 3'.
Обычно отклоняющий направление струи элемент 3, 3' располагают так, что направление впрыскиваемой струи воды сохраняется до взаимодействия струи воды с ингредиентами напитка.
Внутренний отклоняющий направление струи элемент 3, 3' можно удерживать в нужном положении (близком к соответствующему торцу капсулы), заключая между спрессованными ингредиентами и торцом 4, 4', вводя в механический контакт с торцом, или делая его неотъемлемой частью торца.
Внутренние отклоняющие направление струи элементы 3, 3' предпочтительно изготавливают из существенно жестких пластмасс, например формуют литьем под давлением.
Предпочтительными материалами для торцов 4, 4' капсулы 1 являются фольги из пластиков и/или метала (например, алюминия).
Отметим, что в предпочтительном варианте нет разницы между верхним торцом 4 и нижним торцом 4' капсулы, так что внешняя конфигурация капсулы 1 является симметричной. Таким образом, термины «верхний торец» и «нижний торец» служат только иллюстрационным целям, и их следует рассматривать в контексте с положением или ориентацией капсулы 1, как показано на фиг.1, которая является лишь примером.
Благодаря симметричной форме капсулы 1, оба торца 4, 4' могут быть и впускной стороной, и выпускной стороной соответственно. Это особенно выгодно, когда капсулу автоматически подают в положение, показанное на фиг.1, т.е. в положение приготовления напитка.
Ниже будет описано, каким образом капсулу 1, показанную на фиг.1, можно использовать совместно с устройством для приготовления напитка в соответствии с настоящим изобретением.
В процессе изготовления герметичной капсулы 1, в ее внутреннее пространство помещают предпочтительно спрессованный ингредиент 2 и один или более отклоняющих направление струи элементов 3, 3', соответственно связанных с одним торцом 4, 4' капсулы.
Затем пользователь герметичную капсулу вставляет в машину для приготовления напитка, помещая ее на держатель 14 капсулы (опору капсулы).
На следующем этапе, сразу же после того, как капсула помещена на держатель 14 капсулы или расположена близко к нему, относительное перемещение между держателем 14 капсулы и закрывающим элементом 11 приводит к плотному закрытию капсулы 1 закрывающим элементом 11 и держателем 14 капсулы. Этому вхождению в плотный контакт (закрытию) может способствовать специализированное уплотнительное средство 17, предусмотренное у поверхности контакта между закрывающим элементом 11 и держателем 14 капсулы.
В предпочтительном варианте, капсула 1 еще герметична (т.е. в стенках, ограничивающих капсулу нет перфорации), когда капсулу 1 плотно закрывают.
На следующем этапе средство 19 впрыскивания воды устройства для приготовления напитка подает под давлением воду на выпускной стороне торца 4 капсулы 1, при этом выходное давление воды вызовет отклонение области торца 4, занятой средством 19 впрыскивания воды, по направлению внутрь капсулы 1.
В соответствии с этим вариантом осуществления, сама машина для приготовления кофе не имеет механических перфорирующих средств на впускной стороне капсулы.
Капсула 1 предпочтительно снабжена устанавливаемыми по выбору жесткими внутренними перфорирующими элементами 9 (пояснение которых будет приведено ниже в контексте фигуры 3), причем эти внутренние перфорирующие элементы 9 могут быть встроены в отклоняющий струю элемент 3, 3'. Конечно, в каждом отклоняющем струю элементе можно предусмотреть более одного перфорирующего элемента, чтобы обеспечить возможность получения более одного отверстия.
В любом случае, приложение внешнего давления воды, предпочтительно с помощью упомянутых устанавливаемых по выбору внутренних перфорирующих средств 9, будет способствовать образованию отверстия на впускном торце 4 капсулы 1.
Затем произойдет впрыскивание струи воды во внутреннее пространство капсулы 1 через сделанное таким образом отверстие.
Средство 19 впрыскивания воды будет определять основное направление струи впрыскиваемой воды. Отклоняющий струю воды элемент 3, 3' теперь служит для изменения ориентации струи впрыскиваемой воды и/или разделения струи впрыскиваемой воды на несколько составляющих струй.
В большинстве случаев средство 19 впрыскивания воды будет впрыскивать воду в направлении, перпендикулярном контуру торца 4, 4' капсулы 1. Отклоняющие струю воды элементы 3, 3' теперь служат для отклонения этого направления (которое в противном случае вело бы прямо к центру капсулы) в направлении, которое уже не перпендикулярно контуру соответствующего торца 4 капсулы 1. Отклоняющие струю воды элементы 3, 3' предпочтительно предназначены для переориентации впрыскиваемой воды под углом приблизительно 90°, так что струя воды продолжит свой путь внутрь капсулы 1, по существу, с радиальной составляющей.
Струю воды предпочтительно не только переориентируют, но еще и разделяют на несколько составляющих струй.
Детали механических конструкций, с помощью которых достигается переориентация впрыскивания воды, будут пояснены ниже со ссылками на фиг.3 и 4.
В любом случае, когда воду впрыскивают во внутреннее пространство капсулы 1, давление внутри капсулы будет увеличиваться. Согласно изобретению, это увеличение давления внутри капсулы 1 предпочтительно используется также для образования отверстий в выпускном торце 4' капсулы 1. Это вскрытие выпускного торца 4' капсулы 1 предпочтительно производить с некоторой задержкой (в соответствии с увеличением давления) относительно вскрытия впускного торца 4 капсулы 1 и начала процесса впрыскивания воды.
Увеличение давления внутри капсулы 1 предпочтительно приводит к тому, что нижний торец 4' капсулы 1 упирается в перфорирующие средства 9 устройства для приготовления напитка. Эти перфорирующие средства 9 предпочтительно являются встроенной частью держателя 14 капсулы. Нижний торец 4' будет таким образом прижат к перфорирующему средству 9 до тех пор, пока нижний торец 4' не прорвется, не пробьется или не вскроется иным образом.
Как можно заметить из этого пояснения, хотя второй отклоняющий струю элемент 3' предпочтительно предусмотрен на выпускном торце 4' капсулы 1 (чтобы иметь симметричную капсулу 1), отклоняющий струю элемент 3' (по выбору также имеющий встроенный внутренний перфорационный элемент) не выполняет функций в связи со вскрытием нижнего торца 4' капсулы 1 и сливом напитка, приготовленного из ингредиентов напитка, содержащихся в капсуле 1.
В любом случае, сразу же после вскрытия нижнего торца 4' капсулы 1, напиток можно сливать по каналам в держателе 14 капсулы в выпускное отверстие 16 для напитка и затем собирать, например, в чашку.
Фактически, специальные внутренние водораспределительные средства отсутствуют, а имеются устанавливаемые по выбору водораспределительные средства в торце самой капсулы, как будет пояснено теперь. Водораспределительные средства в торце капсулы могут уже присутствовать в торце до помещения ее в машину или могут быть получены динамически «на месте», т.е. после того, как капсула вставлена в машину для приготовления напитка.
Теперь, со ссылками на фиг.2, будет пояснен предпочтительный вариант осуществления закрывающего элемента 11, используемого в связи с настоящим изобретением, причем закрывающий элемент в соответствии с этим вариантом осуществления содействует динамическому профилированию внутренних водораспределительных каналов в торце капсулы.
Как уже сказано выше, внутри капсулы до использования капсулы нет отдельных водораспределительных средств. Чтобы содействовать надлежащему распределению отклоненной струи воды по всему объему капсулы 1, стенка закрывающего элемента 11, которая обращена к капсуле 1, снабжена профилирующими средствами 12. Эти профилирующие средства 12 могут быть выступающими или заглубленными участками внутреннего контура закрывающего элемента 11. Профилирующие средства 12 предпочтительно расположены радиально напротив центра закрывающего элемента 11, который при этом находится в положении средства 19 впрыскивания воды.
Функция профилирующих средств 12 закрывающего элемента 11 заключается в следующем.
Как уже объяснялось выше, впрыскивание воды в капсулу 1 вызывает увеличение давления (воды) внутри капсулы. Уже пояснялось, что нижний торец 4' будет упираться, придвигаться к перфорирующим элементам 9 держателя 14 капсулы. При этом верхняя поверхность капсулы 1, которая является торцом капсулы 1, находясь в контакте с внутренним контуром закрывающего элемента 11, также будет упираться в контур закрывающего элемента 11.
Торцы 4, 4' капсулы 1 обычно изготавливают из относительно гибкого материала, например, такого как фольги из пластиков или металла (например, алюминия). Когда тонкая фольга верхнего торца 4 капсулы 1 упирается в профилирующие средства, предусмотренные во внутреннем контуре закрывающего устройства 11, торец 4 в конце концов совпадет с контуром закрывающего элемента 11, и это означает, что торец 4 (который был до этого плоским) будет динамически (т.е. наряду с увеличением давления воды) профилироваться, образуя таким образом водораспределительные каналы в торце 4 капсулы 1. Как уже объяснялось выше, эти водораспределительные каналы, которые были динамически проделаны в верхнем торце 4 капсулы 1, будут ориентированы предпочтительно радиально, по существу, начиная от внешнего ободка отклоняющего струю элемента 3, 3' и простираясь к участку капсулы 1, который наиболее удален от центра. Вода, впрыскиваемая через отверстие впускной стороны капсулы 1, таким образом переориентируется отклоняющим струю элементом 3, 3', а потом может и течь по водораспределительным каналам, динамически проделанным в верхнем торце 4 капсулы 1, и это гарантирует, что впрыскиваемая вода будет более или менее равномерно распределена по всей поверхности капсулы перед взаимодействием с ингредиентом 2, содержащимся в капсуле 1.
В альтернативном варианте, водораспределительные каналы на верхнем торце 4 капсулы 1, по меньшей мере, частично получаются при изготовлении капсулы 1. Водораспределительные каналы могут быть предварительно отформованы в одном или на обоих торцах 4, 4' капсулы 1.
Ширина каналов предпочтительно является малой, чтобы предотвратить заполнение и закупоривание каналов частицами порошка, например частицами кофе. Ширину каналов можно выбрать меньшей, чем средний размер частиц. Например, каналы могут иметь ширину, меньшую или равную 0,3 мм.
Фильтр 10 помогает предотвращать проникновение молотых частиц в каналы, и это позволяет увеличить ширину каналов с уменьшением риска закупоривания каналов частицами порошка.
Теперь со ссылками на фиг.3 и 4 будут пояснены детали внутренней полости капсулы 1.
Как показано на фиг.3,b, 3,с, фильтр 10 может быть помещен между предпочтительно спрессованным ингредиентом 2 напитка в капсуле и отклоняющим струю воды элементом 3, 3'.
В области отклоняющего струю воды элемента 3, 3' фильтр 10 будет заключен между ингредиентом 2 и отклоняющим струю воды элементом 3, 3'. В области торцов 4, 4' капсулы 1 снаружи от отклоняющих струю воды элементов 3, 3' фильтр 10 будет заключен между ингредиентом 2 и торцом 4, 4' капсулы 1. Фильтр 10 может быть, например, фольгой или листом пористого материала, например, такого как фильтровальная бумага, или перфорированной пластиковой пленкой. Можно отметить, что по выбору фильтр может быть прикреплен к вкладышу с помощью любых подходящих соединительных средств, таких как приклеивание или приваривание. При другом возможном способе, вкладыши и фильтр изготавливают как одно целое.
Вкладыш также можно разместить в центральном отверстии фильтра таким образом, что фильтр окружает вкладыш.
Теперь, со ссылками на фиг.3,с теперь будет приведено пояснение предпочтительной конструкции отклоняющего струю воды элемента 3, 3'.
Отклоняющий струю воды элемент 3 имеет чашеобразный корпус 7.
По выбору, внутри чашеобразного корпуса 7 можно предусмотреть внутренний перфорирующий элемент 9, имеющий форму лезвия, иглы и т.д.
Таким образом, вода, впрыскиваемая в капсулу, будет поступать перпендикулярно внутрь чашеобразного корпуса 7 отклоняющего струю воды элемента 3.
Теперь отметим, что предусмотрены радиальные вскрывающие средства, который заставят струю воды покинуть чашеобразный корпус 7 отклоняющего струю элемента 3 (предпочтительно в направлении радиально наружу). Эти средства могут быть отверстиями или щелями 8 в стенке чашеобразного корпуса отклоняющего струю элемента 3 и/или (открытыми) каналами 18, предусмотренными в верхнем фланцеобразном ободке чашеобразного корпуса 7 отклоняющего струю воды элемента 3. Отметим, что в дополнительном или альтернативном варианте в нижней части чашеобразного корпуса 7 отклоняющего струю воды элемента 3 также предусмотрены наклонные отверстия, щели или каналы.
Теперь со ссылками на фиг.5-9 будет описан другой вариант осуществления настоящего изобретения, основанный на вкладыше 30 (на фиг.6), который не имеет выступающего (острого) прокалывающего элемента.
На фиг.5 изображена симметричная капсула 1, причем ее верхний торец 4 и ее нижний торец 4' симметрично герметизированы с креплением друг к другу на участке 401 фланца.
Вкладыш 30, 30' может быть помещен и под верхним торцом 4, и над нижним торцом 4' соответственно, хотя будет достаточно снабдить капсулу только одним вкладышем 30 рядом со вскрываемым торцом 4 и тогда он будет служить в качестве водовпускной стороны капсулы 1.
Этот вкладыш 30 размещают между верхней стенкой 4 и первой мембраной 10 фильтра, тогда как возможный второй вкладыш 30' размещают между второй мембраной 10' фильтра и нижним торцом 4'.
Как будет пояснено со ссылками на чертежи, этот вкладыш 30 не имеет острых прокалывающих элементов. Такой жесткий вкладыш 30 предпочтительно изготовлен из пластиков, формованных литьем под давлением, и лишь пассивно содействует вскрытию верхнего торца 4 капсулы 1, когда жесткий трубчатый элемент (см. фиг.8) упирается в капсулу 1, вследствие чего верхний торец 4 будет вскрыт за счет срезающего воздействия между жестким вкладышем 30 и краем жесткого трубчатого элемента.
На фиг.6 представлено изображение с пространственным разделением варианта осуществления в соответствии с фиг.5.
Внешняя, предпочтительно воздухонепроницаемая стенка капсулы 1 выполнена путем сварки вместе с предпочтительно идентичными, симметрично расположенными торцами 4, 4' стенки у соответствующих фланцев 401, 401'.
Как показано на фиг.6, ингредиенты 2 предпочтительно представляют собой спрессованный, стабильный по форме слой ингредиентов, которому можно придать форму, показанную, например, на фиг.6.
Как показано на фиг.6, брикет ингредиента 2 может быть спрессован с центральной выемкой 201, которая приспособлена для заключения в ней центральной выемки 101 мембраны фильтра 10.
Мембрана фильтра 10 снабжена множеством отверстий 105, которые направлены, по существу, в осевом (вертикальном) направлении, для подачи воды в осевом (вертикальном на чертеже) направлении.
Средний размер этих отверстий 105 мембраны фильтра предпочтительно меньше, чем средний размер зерен порошкового вещества, которые спрессованы вместе в спрессованный слой 2 ингредиента.
Мембрана фильтра 10 предпочтительно имеет слегка выпуклый участок 102, окружающий центральную выемку 101. Участок 103, на котором угол к вертикали больше, чем на участке 102, окружает участок 102. Внешний край мембраны фильтра 10 предпочтительно выполнен как малый фланцевый ободок 104, на котором симметрично расположены две мембраны фильтра 10, 10', соединенные друг с другом, которые даже могут быть плотно спаяны вместе для того, чтобы плотно закрыть ингредиенты 2.
В любом случае следует заметить, что компактный слой 2 ингредиентов имеет самостабилизирующуюся форму, соответствующую контурам мембраны фильтра 10.
Жесткий вкладыш 30 предпочтительно вставлен в центральное углубление 101 мембраны фильтра 10. Центральное углубление 101 мембраны фильтра 10 предпочтительно вмещает жесткий вкладыш 30, так что верхняя плоская фланцевая область вкладыша 30 располагается заподлицо с контуром мембраны фильтра 10. Иными словами, контуры вкладыша 30 совпадают с контуром центрального углубления 101 мембраны фильтра 10, так что верхний контур вкладыша 30 предпочтительно не выступает из окружающей области мембраны фильтра 10.
В любом случае, из изображения с пространственным разделением деталей на фиг.6 очевидно, что вкладыш 30 предпочтительно располагается между фильтром 10 и торцом 4.
Отметим, что область мембраны фильтра, накрываемая вкладышем 30, не обязательно должна быть снабжена фильтровальными отверстиями 105.
Жесткий вкладыш 30 будет направлять воду, впрыскиваемую сквозь торец 4, предпочтительно в малую полость, ограниченную вогнутой частью 102 мембраны фильтра 10 и соседней стенкой 4. Затем вода просто последует по вогнутому профилю 102, 103 мембраны фильтра 10 и поэтому распространится по всей поверхности слоя 2 ингредиента. После такого распределения впрыскиваемой воды посредством мембраны фильтра 10, вода будет проходить через отверстия 105 фильтра, а затем вступит во взаимодействие с ингредиентами 2, пересекая ингредиенты 2 в осевом направлении (вертикально на фиг.6).
На фиг.7 изображено предпочтительное воплощение вкладыша 30, который используется в варианте осуществления согласно фиг.5-9.
Вкладыш 30 имеет чашеобразный корпус 7 с углубленным дном 71, которое является, по существу, плоским.
Лучеобразные радиально расположенные щелевые каналы 80 обеспечивают сообщение посредством текучей среды между внутренним пространством чашеобразного корпуса 7 вкладыша 30 и пространством между мембраной фильтра 10 и соседней стенкой 4 капсулы 1 (см. фиг.6).
Поперечное сечение щелевых каналов 80 предпочтительно больше, чем средний размер зерен порошковых ингредиентов. Таким образом, каналы не являются гидравлическим сопротивлением для впрыскиваемой воды. Гидравлическое сопротивление фактически определяется главным образом мембраной (мембранами) фильтра и особенно слоем или брикетом 2 ингредиента.
Щелевые каналы 80 могут иметь полностью замкнутый контур поперечного сечения или, как показано на фиг.7, могут быть расположенными, по меньшей мере, близко к соседней стенке капсулы 1.
Как можно увидеть из верхнего изображения на фиг.7, щелевые каналы 80 не видны на виде сверху вкладыша 30, и это свидетельствует, что фланцевая область вкладыша 30 полностью закрывает щелевые каналы 80 около соседней стенки капсулы 1. Таким образом, эффект отклонения струи, демонстрируемый щелевыми каналами 80, не основывается на взаимодействии между жестким вкладышем 30 и стенкой капсулы.
Стенка капсулы будет оставаться полностью опертой и плоской на фланцевой области жесткого вкладыша 30, а благодаря сплошной фланцевой области отсутствует риск смятия щелевых каналов 80. Таким образом, между вкладышем 30 и стенкой капсулы не образуются каналы.
Как можно видеть на фиг.8, такую капсулу, как показанная на фиг.5-7, можно поместить в машину для приготовления напитка. Машина для приготовления напитка имеет впрыскивающее воду средство 19, которое, по существу, является жестким трубчатым элементом. Этот жесткий трубчатый элемент будет механически контактировать с торцом 4 капсулы, вследствие чего торец 4 капсулы будет вскрыт за счет срезающего воздействия между наружным краем 191 жесткого трубчатого элемента и внутренним краем 72 (см. фиг.8) жесткого вкладыша 30. В этой связи отметим, что внешняя окружная поверхность жесткого трубчатого элемента предпочтительно выполнена плотно сажаемой во внутреннюю окружную область центрального углубления 71 жесткого вкладыша 30.
Преимущество изобретения состоит также в том, что для вскрытия торца 4 не требуется приложения значительных усилий средством 19 впрыскивания воды. Торец 4 может представлять собой гибкую фольгу, выполненную из пластика и/или металла. Кроме того, спрессованный кофейный порошок удерживается на расстоянии от стороны открывания капсулы ввиду наличия жесткого вкладыша 30. Поэтому можно значительно упростить машину для приготовления напитка за счет закрывающего элемента 11, который можно закрывать с меньшим усилием по сравнению с существующими машинами с закрывающими элементами, которые снабжены множеством прокалывающих элементов. В то же самое время, спрессованный брикет кофе можно смачивать должным образом и пропускать по всему сечению капсулы, тем самым гарантируя повышенный уровень экстрагирования для того же самого количества кофе в капсуле.
Жесткий трубчатый элемент затем будет впрыскивать воду в область центрального углубления 71 вкладыша, причем это впрыскивание можно осуществлять в радиальном и/или осевом (вертикальном на фиг.8) направлении. В любом случае, жесткий вкладыш 30 будет переориентировать любую воду, впрыскиваемую из жесткого трубчатого элемента, таким образом, что впрыскиваемая вода будет достигать области между мембраной фильтра 10 и верхним торцом 4 капсулы 1.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения преимущественно предложен механизм предотвращения утечки воды из трубчатого жесткого элемента наружу из капсулы 1.
Как можно увидеть на фиг.8, закрывающий элемент 11 машины для приготовления напитка снабжен уплотнительным участком 191, который имеет форму, по существу, совпадающую с фланцевой областью жесткого вкладыша 30. При закрытии, закрывающий элемент 11 будет упираться уплотнительным участком 191 во фланцевую область жесткого вкладыша 30, при этом подлежащий вскрытию торец 4 капсулы 1 кажется заключенным между ними. Взаимодействие уплотнительного участка 191 закрывающего элемента 11, торца 4 капсулы 1 и фланцевой области жесткого вкладыша 30 обеспечивает срезающее воздействие, так что вода, впрыскиваемая в углубление 71 вкладыша 30, может просачиваться только по щелевым каналам 80, но не может вытекать наружу из капсулы 1. Следовательно, такая уплотнительная компоновка обеспечивает, по существу за счет воздействия внутреннего давления, формирование каналов 80 в торце 4 капсулы у внутренней поверхности закрывающего элемента. Другое преимущество состоит в том, что больше нет необходимости контроля водонепроницаемого уплотнения сжатием приваренных фланцев 401, 401' капсулы. Следовательно, система упрощается по сравнению с системой, описанной в ЕР0870457.
Этот эффект уплотнения можно усилить за счет того, что жесткий вкладыш 30 предпочтительно поддерживается должным образом твердым спрессованным слоем порошковых ингредиентов 2, вследствие чего вкладыш 30 может обеспечивать силу противодействия эффекту упора закрывающего элемента 11.
Уже объяснялось, что внутренний купол закрывающего элемента 11 предпочтительно снабжен профилирующими средствами, как подробно показано на фиг.2.
Как можно увидеть на фиг.9, нагнетание давления во внутреннем пространстве капсулы 1 приведет к тому, что торец 4 капсулы 1 окажется динамически пригнанным к контурам профилирующих средств в куполе закрывающего элемента 11. Следовательно, во время впрыскивания воды водораспределительные каналы 402 будут динамически сформированы в верхнем торце 4 капсулы 1, при этом каналы 402 предпочтительно являются каналами, выступающими наружу из верхнего торца 4. Очевидно, что купол закрывающего элемента 11 можно также снабдить выступающими профилирующими средствами, и в этом случае верхняя сторона капсулы 1 будет снабжена заглубленными канавками вместо выступающих каналов, как показано на фиг.9.