КАПСУЛА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ НАПИТКА МЕТОДОМ ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ НАПИТКОВ
CAPSULE FOR BEVERAGE PREPARATION BY CENTRIFUGATION METHOD AND BEVERAGE PREPARATION DEVICE

Настоящее изобретение относится к капсуле и устройству для приготовления напитка из вещества, находящегося в капсуле, путем пропускания жидкости через вещество за счет использования центробежных сил.
Известен способ приготовления напитков, при котором смесь, состоящую из заваренного кофе и кофейного порошка, разделяют под действием центробежных сил. Подобную смесь получают путем добавления в кофейный порошок горячей воды на определенное время. Затем вода пропускается через сито, на котором остается порошковый материал.
В существующих системах кофейный порошок помещается в контейнер, который обычно является несъемной частью установки, как это, например, описано в ЕР 0367600 В1. У подобных устройств имеются многочисленные недостатки. Во-первых, кофейный порошок, помещаемый в контейнер, должен быть тщательно отмерен вручную. Во-вторых, центрифугируемые кофейные отходы высыхают и их приходится соскребать с поверхности контейнера. В результате многие операции по приготовлению кофе выполняются вручную и занимают много времени. Свежесть кофе, как правило, также может существенно различаться, что сказывается на качестве готового напитка, поскольку кофе обычно поставляется либо в оптовой таре, либо зерна перемалываются непосредственно в контейнере.
Также, в зависимости от отмеренной вручную дозировки кофе и условий заваривания (например, скорость вращения центрифуги, размер контейнера) качество готового напитка может существенно различаться.
Поэтому подобные системы никогда не пользовались особым коммерческим успехом.
В немецкой патентной заявке DE 102005007852 описывается установка, содержащая съемный держатель, в который помещается часть контейнера в форме открытой чашки, а другая часть или крышка крепится на приводном валу установки. Одним из недостатков подобной системы является большое количество операций, выполняемых вручную. Еще один недостаток заключается в том, что сложно контролировать качество приготовляемого кофе из-за отсутствия контроля за дозировкой порошка, а также в отсутствии контроля за свежестью кофейного порошка.
Другие устройства для приготовления кофе за счет использования центробежных сил были 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.
Между тем, использование центробежных сил для заваривания кофе или приготовления других пищевых продуктов обладает многими преимуществами по сравнению с обычными способами заваривания с использованием нагнетающих помп. Например, при заваривании кофе типа «эспрессо» очень сложно соблюсти все параметры, влияющие на качество извлекаемого кофейного напитка. К подобным параметрам обычно относятся давление, расход, который уменьшается с падением давления, плотность спрессовывания кофейного порошка, которая также влияет на характеристики потока и зависит от размера частиц молотого кофе, температуры, распределения потока воды и т.п.
WO 2006/045537 относится к капсуле, содержащей упругие отклоняющие средства, у ее фланцеобразного ободка. Капсула предназначена для использования в кофе-машине, подающей жидкость под давлением без использования эффекта центрифугирования. Упругие отклоняющие средства расположены между боковой стенкой и ободком, обеспечивая водонепроницаемое герметичное уплотнение с впрыскивающей частью машины. Однако отклоняющие средства не могут использоваться в качестве клапанных средств машины, поскольку они выборочно открываются под действием центробежных сил, создаваемых жидкостью. Таким образом, они предназначены лишь для создания водонепроницаемого уплотнения между ободком и впрыскивающей частью машины при извлечении напитка.
Поэтому существует потребность в новой капсульной системе, предназначенной для подобных целей, параметрами извлечения которой можно управлять лучше и более независимо для повышения качества извлекаемого пищевого напитка.
Также существует потребность в решении, позволяющем улучшить характеристики извлечения, т.е. общее содержание твердых частиц (Те), уровень пенки/кремы у существующих систем, например, у устройств приготовления напитков, в которых используется принцип центрифугирования.
В то же время существует потребность в способе приготовления напитков, который был бы более удобным и аккуратным по сравнению с устройствами приготовления кофе с центрифугированием из предшествующего уровня техники, в частности в решении, которое позволило бы избежать неудобств, связанных с выгрузкой кофейных отходов из центрифужного контейнера.
Для этого изобретение относится к капсуле, которая может вставляться в устройство для приготовления напитков для получения напитка из вещества, находящегося в капсуле, путем подачи жидкости в капсулу и пропускания жидкости через вещество за счет использования центробежных сил с целью получения напитка, который центрифугируется в периферийной части капсулы относительно центральной оси капсулы, соответствующей оси вращения, во время операции центрифугирования. Капсула содержит камеру с некоторым количеством вещества для приготовления напитка, чашеобразный корпус и верхнюю внешнюю стенку для замыкания корпуса. Капсула также содержит фланцеобразный ободок, выступающий в сторону от корпуса, который содержит кольцеобразный выступ, создающий ограничение для потока центрифугируемой жидкости, когда упомянутый выступ зацепляется прижимной поверхностью устройства приготовления напитков.
Кольцеобразный выступ или регулировочный участок образует с прижимной поверхностью устройства для приготовления напитков ограничительные клапанные средства для потока из напитка. Выступ, в частности, выполнен с возможностью выборочного перекрытия и/или ограничения потока центрифугируемой жидкости для задержки ее выхода из капсулы и регулирования потока после его выхода. В частности, когда давление центрифугируемой жидкости на клапанных средствах достигает определенного значения, т.е. центрифугируемая жидкость начинает давить на кольцеобразный выступ, клапанные средства открываются, т.е. прижимная поверхность устройства отходит от выступа капсулы, создавая ограниченный зазор для прохода потока, и наоборот. До тех пор пока не будет достигнуто определенное давление центрифугируемой жидкости, клапанные средства продолжают оставаться сомкнутыми или ограничивают поток при минимальном зазоре. Таким образом, выступ перекрывает или ограничивает поток центрифугируемой жидкости. За счет этого кольцеобразный выступ определяет противодавление на клапанных средствах, которое центрифугируемая жидкость должна преодолеть, чтобы пройти через клапан с определенным расходом.
Кроме этого, следует заметить, что открытие клапанных средств может зависеть от скорости вращения приводных средств, которые приводят капсулу во вращение в устройстве для приготовления напитков. При центрифужной экстракции качество приготовляемого напитка зависит от управления параметрами, в частности, расходом напитка, проходящего через клапанные средства. Таким образом, на расход влияют два параметра: скорость вращения капсулы и противодавление, воздействующее на центрифугируемую жидкость по ходу перед клапанными средствами. При определенном противодавлении, устанавливаемом регулировочным участком или выступом ободка капсулы, чем выше будет скорость вращения, тем больше будет расход. В свою очередь, при определенной скорости вращения чем больше будет противодавление, тем меньше будет поток.
Кроме этого, поскольку клапанные средства выборочно перекрывают поток центрифугируемой жидкости, можно осуществлять предварительный этап смачивания вещества для приготовления напитка, например молотого кофе, поскольку жидкость, по существу, еще не выходит из устройства. В результате предварительного смачивания и задержки выхода напитка становится возможным осуществлять тщательное смачивание вещества, время взаимодействия между жидкостью и веществом для приготовления напитка, например молотым кофе, существенно увеличивается, а характеристики извлечения, например содержание твердых частиц и выход напитка, могут быть значительно улучшены.
По одному из вариантов осуществления изобретения кольцеобразный выступ проходит в направлении, по существу перпендикулярном поперечной плоскости фланцеобразного ободка. Направление выступа таким образом выбирается с возможностью выборочного перекрытия потока центрифугируемого напитка, который выходит из капсулы вдоль фланцеобразного ободка при вращении капсулы вокруг центральной оси.
Предпочтительно кольцеобразный выступ проходит снаружи и за пределами внутреннего, относительно низкого кольцеобразного участка фланцеобразного ободка, в направлении, противоположном дну корпуса.
Кольцеобразный выступ поднимается на определенную высоту от внутренней части ободка. Внутренняя часть ободка, предпочтительно, является плоской. По отдельным вариантам осуществления толщина внутренней части может увеличиваться. Нижний кольцеобразный участок соединяется с боковой стенкой и может выравниваться с верхней стенкой, либо, как вариант, находиться в капсуле на некотором удалении от верхней стенки. Кольцеобразный выступ соответственно образует ступеньку или выступ, проходящий на упомянутом удалении от подобного (предпочтительно плоского) внутреннего кольцеобразного участка ободка, создавая возвышение, не зависящее от толщины корпуса капсулы. За счет этого становится возможным регулировать высоту возвышения независимо от толщины остальной части ободка корпуса, что обеспечивает гибкость при выборе желаемого противодавления в устройстве, не влияя на общую конструкцию капсулы, ее жесткость и/или не влияя на прочность герметичного соединения с верхней стенкой (например, верхней мембраной).
По одному из вариантов осуществления внутренний нижний кольцеобразный участок образует уплотнительную поверхность с верхней стенкой. Соответственно, когда капсула зацепляется в устройстве, между верхней внешней стенкой капсулы и сжимаемой поверхностью или линией выступа создается зазор, позволяющий центрифугируемой жидкости более свободно проходить в направлении клапанов, после того как она прошла сквозь верхнюю стенку, т.е. через перфорированные отверстия, проделанные в упомянутой стенке.
По особому варианту осуществления кольцеобразный выступ закрыт верхней стенкой (например, замыкающей мембраной), в частности, за счет образования, по меньшей мере, части уплотнительной поверхности с верхней стенкой.
По особому варианту осуществления кольцеобразный выступ предпочтительно является жестким. Жесткость в данном случае оценивается с точки зрения его способности противодействовать сжиманию прижимной поверхностью устройства для приготовления напитков, прикладывающей к нему смыкающее усилие, когда капсула вставляется в устройство приготовления напитков. Другими словами, размеры выступа остаются относительно постоянными во время приготовления напитка в устройстве таким образом, чтобы кольцеобразный выступ играл определенную роль в ограничении линии тока напитка и обеспечивал надежное раскрытие.
По особому варианту осуществления кольцеобразный выступ встроен во фланцеобразный ободок. Поэтому исключительно из экономических соображений кольцеобразный выступ может быть выполнен как единая деталь с чашеобразным корпусом.
Предпочтительно, у фланцеобразного ободка капсулы имеется нижняя поверхность, соединяющаяся с упомянутой боковой стенкой корпуса, форма которой в области, расположенной непосредственно напротив кольцеобразного выступа, может быть дополнительно выполнена с учетом формы кольцеобразной опорной поверхности держателя капсулы.
Поэтому на нижней поверхности ободка, в области, расположенной непосредственно напротив кольцеобразного выступа, могут отсутствовать какие-либо выступы. Например, нижняя поверхность образует кольцеобразную плоскую поверхность, проходящую в плоскости, по существу, параллельной уплотнительной верхней поверхности ободка. Таким образом, она может обеспечивать устойчивую относительную опору, например идеально плоское положение ободка относительно держателя капсулы, что имеет важное значение для предотвращения разбалансирования массы во время высокоскоростного центрифугирования.
Фланцеобразный ободок также может содержать кольцеобразную канавку на его поверхности, расположенной непосредственно напротив кольцеобразного выступа. Кольцеобразная канавка может использоваться для вхождения в нее зубца специальной формы устройства приготовления напитков, в частности, находящегося в держателе капсулы. Это позволяет обеспечивать механическую поддержку, жесткость кольцеобразного выступа и предотвращать его деформацию под действием нагрузки, создаваемой прижимной поверхностью устройства для приготовления напитков. Канавка также выступает в качестве ориентира, помогая правильно установить капсулу в держателе капсулы и избежать разбалансирования массы, что может создавать шум и/или вибрацию во время центрифугирования, если капсула не будет точно выровнена в держателе капсулы. За счет этого фланцеобразный ободок капсулы может быть относительно тонким. Например, толщина ободка может находиться в диапазоне примерно от 0.5 до 1.5 мм.
Предпочтительно, кольцеобразный выступ выдавлен во фланцеобразном ободке. Например, кольцеобразный выступ и канавка изготавливаются на одном и том же этапе производства, например, когда чашеобразный корпус формируется при помощи глубокой вытяжки или термоформования. Выдавливание также может осуществляться после формирования полости корпуса на одном из последующих этапов.
Чашеобразный корпус также может быть изготовлен методом литья под давлением или термоформованием, а кольцеобразный выступ может быть встроен или отлит поверх готового корпуса.
Предпочтительно, на поднятом участке имеются газовентиляционные средства. Газовентиляционные средства позволяют выпускать газ из внутренней части капсулы при заполнении внутренней части жидкостью. Без подобных средств в капсуле могут образовываться воздушные карманы, что будет препятствовать правильному смачиванию ингредиентов. Для этого на кольцеобразном выступе может быть сделано, по меньшей мере, одно радиальное углубление, предпочтительно несколько радиальных зубцов, обеспечивающих выход газов из капсулы. По меньшей мере, одно радиальное углубление, предпочтительно имеет такой размер, который позволяет выборочно выпускать газ, но задерживать жидкость внутри капсулы или, по меньшей мере, выпускать лишь небольшую часть жидкости. Например, для обеспечения соответствующей вентиляции газов по краю кольцеобразного выступа могут быть сделаны от 5 до 10 небольших радиальных пазов высотой примерно от 10 до 200 микрон, например около 50 микрон, и шириной от 1 до 5 микрон. Разумеется, на кольцеобразном выступе могут быть также сделаны несколько радиальных углублений.
Кольцеобразный выступ также может быть образован как частично расплавляемый «зародыш» кольцеобразный формы, поднимающийся от ободка при уплотнении с верхней стенкой (например, мембраной).
По другому возможному варианту осуществления кольцеобразный выступ является отдельным элементом, прикрепленным к фланцеобразному ободку. В частности, участок может быть герметично соединен с фланцеобразным ободком, например, при помощи ультразвуковой сварки или термосварки или защелкнут на кольцеобразном посадочном месте или в канавке, расположенной на фланцеобразном ободке.
В этом случае кольцеобразный выступ может быть полностью изготовлен из такого материала как упругий резиновый материал или мягкого пластика.
Выступ капсулы может иметь форму перевернутой буквы V, U или W или L-образную форму.
В контексте изобретения чашеобразный корпус может быть изготовлен из алюминия и/или пластика. Чашеобразный корпус также может быть изготовлен из одного лишь пластика. Капсула дополнительно содержит мембрану для закрытия чашеобразного корпуса. Капсула может быть изготовлена из газонепроницаемого барьерного материала и газонепроницаемо закрыта мембраной таким образом, чтобы сохранять в течение длительного периода времени свежесть вещества для приготовления напитка, например частиц обжаренного и молотого кофе.
Мембрана содержит, по меньшей мере, периферийную перфорируемую область, расположенную рядом с герметично прикрепленной частью мембраны, которая укупорена на фланцеобразный ободок корпуса. Таким образом, перфорируемая область может перфорироваться перфорирующими средствами устройства приготовления напитков с целью создания в капсуле серии выпускных отверстий для жидкости. Поэтому жидкость, центрифугируемая в капсуле, может выходить из капсулы через серию выпускных отверстий и оказывать давление на кольцеобразный выступ капсулы. После достижения давления открытия, клапанные средства открываются или расширяются, образуя зазор, ограничивающий поток, а жидкость может центрифугироваться из капсулы наружу и собираться для раздачи.
Как возможный вариант, вместо перфорируемой мембраны, капсула по изобретению содержит пористую крышку, пропускающую жидкость, по меньшей мере, у ее краев. Пористая крышка может быть изготовлена из бумаги, пластика и/или алюминия.
Чашеобразный корпус и/или крышка также могут быть изготовлены из бумаги, картона или другого биоразлагаемого материала.
В качестве, по существу, жесткого биоразлагаемого материала для изготовления корпуса капсулы могут использоваться полимолочная кислота, крахмал, материал на основе полимеров и их комбинации.
По одному из вариантов осуществления верхняя внешняя стенка состоит из внешней перфорируемой, непористой мембраны и внутреннего пористого слоя. Мембрана и слой могут совместно образовывать ламинированную конструкцию. Внутренний пористый слой может быть фильтрующим слоем, например, из полипропилена или полиуретанового эластомера. Перфорируемая, непроницаемая для жидкости мембрана может быть изготовлена из алюминия и/или пластика. Пористый слой позволяет обеспечивать непроницаемость для жидкости вокруг впрыскивающей иглы в центральной части верхней стенки, а также поддерживать чистоту вокруг перфорируемых отверстий, не позволяя твердым частицам выходить из капсулы.
По другому возможному варианту осуществления капсула содержит внутренний фильтрующий элемент, установленный в чашеобразном корпусе. Внутренний фильтр капсулы может быть закрыт мембраной. Мембрана может быть перфорируемой или отрывной. Например, внутренний фильтрующий элемент с фильтрационными отверстиями или пазами для фильтрации центрифугируемой жидкости может быть изготовлен из пластика как это, например, описано в опубликованной патентной заявке WO 2008/148646.
Капсула по изобретению может содержать вещество, из которого может быть получен экстракт, например молотый кофе или растворимое вещество, например растворимый кофе или порошковое молоко. В частности, вещество может быть молотым кофе, растворимым кофе, шоколадом, какао-порошком, байховым чаем, растворимым чаем, травяным чаем, забеливателем, пищевым компонентом (например, детским питанием), дегидрированными фруктами или растениями, кулинарным порошком и их комбинациями.
Капсула с пищевыми ингредиентами может быть заполнена газом, защищающим ингредиенты от окисления, например азотом и/или двуокисью углерода. Капсула может заполняться газом, например, путем продувания перед герметичным прикреплением верхней стенки к корпусу.
Предпочтительно, капсула содержит газонепроницаемый барьерный материал, расположенный вокруг камеры с ингредиентами. Однако, в случае, если капсула, как таковая, не является газонепроницаемой, то можно использовать внешнюю упаковку для упаковывания индивидуально каждой капсулы или группы из нескольких капсул. В этом случае упаковка удаляется перед помещением капсулы в устройство.
Изобретение также относится к использованию вышеупомянутой капсулы в устройстве для приготовления напитков, в котором происходит центрифугирование капсулы.
Изобретение также относится к устройству для приготовления напитка из вышеупомянутой капсулы путем пропускания жидкости через вещество для приготовления напитка, находящееся внутри капсулы, содержащему
насадку для впрыскивания жидкости в капсулу,
держатель капсулы, предназначенный для удерживания капсулы в устройстве,
средства для центрифугирования капсулы,
причем устройство также содержит прижимную поверхность, прикладывающую определенное смыкающее усилие к кольцеобразному выступу фланцеобразного ободка для, по существу, перекрытия потока напитка.
Смыкающее усилие может выбираться для удержания смыкания между кольцеобразным поднятым участком и прижимной поверхностью, т.е. клапанными средствами, до тех пор, пока не будет достигнуто достаточное давление центрифугируемой жидкости по ходу перед упомянутым участком. Подобное давление (выше атмосферного) может находиться в диапазоне от 0.1 до 18 бар, предпочтительно от 0.5 до 4 бар, например около 1.5-2 бар.
Прижимная поверхность и/или держатель капсулы сопряжен/сопряжены с пружинными средствами, обеспечивающими открытие зазора, ограничивающего проход для центрифугируемой жидкости, за счет перемещения прижимной поверхности относительно в сторону от кольцеобразного выступа. Следует заметить, что зазор, ограничивающий проход между прижимной поверхностью и капсулой, может раскрываться за счет их перемещения относительно друг друга. Подобное относительное перемещение может достигаться либо за счет перемещения прижимной поверхности в сторону от капсулы, либо за счет перемещения капсулы в сторону от прижимной поверхности, например, за счет того, что держатель капсулы является подвижным элементом. Третий вариант предусматривает, что происходит одновременное перемещение прижимной поверхности впрыскивающей насадки, а также опорной поверхности держателя капсулы против отклоняющего усилия пружинных средств.
По предпочтительному варианту осуществления устройства, прижимная поверхность образует поверхность клапанной части, которая может перемещаться отдельно от впрыскивающей части насадки. За счет этого клапанные средства могут перемещаться независимо от контактного давления, прикладываемого впрыскивающей частью насадки. По предпочтительному варианту осуществления впрыскивающая часть содержит перфорирующие элементы, предназначенные как для впрыскивания воды в капсулу, так и для извлечения центрифугируемой жидкости из капсулы.
В частности, у впрыскивающей части имеются перфорирующие элементы для проделывания выпускных отверстий, выступающих во время перфорационного зацепления с капсулой в качестве фильтрующих средств для центрифугируемой жидкости.
Следовательно, за счет того, что клапанный элемент является независимым от остальной части насадки, клапан может открываться без изменения положения перфорирующих элементов относительно капсулы.
По особому варианту осуществления прижимная поверхность образует относительно плоскую кольцеобразную поверхность, к которой может прижиматься кольцеобразный выступ капсулы. Таким образом, зацепление клапанных средств, имеющих кольцеобразную уплотнительную форму, способствует смыкающему действию. Предпочтительно поверхность проходит, по существу, параллельно фланцеобразному ободку капсулы. Разумеется, прижимная поверхность также может быть слегка вогнутой или выгнутой в радиальном направлении относительно оси центрифугирования.
По другому признаку устройства, держатель капсулы может содержать опорную поверхность для поддержки фланцеобразного ободка капсулы с кольцеобразным зубцом, который входит в кольцеобразную канавку фланцеобразного ободка. Как отмечалось выше, подобная конструкций опорной поверхности держателя капсулы позволяет избежать деформации капсулы, помещаемой в устройство, когда впрыскивающая насадка компрессионно зацепляется с фланцеобразным ободком капсулы.
По другому признаку устройства, впрыскивающая насадка содержит центральную впрыскивающую иглу. Игла выполнена с возможностью перфорирования мембраны капсулы. Игла может заканчиваться одним или несколькими выпускными отверстиями для впрыскивания жидкости в капсулу. Предпочтительно игла расположена в центре, т.е. выровнена с осью вращения. Игла может не использоваться, если в верхней стенке капсулы имеется центральное впускное отверстие.
Изобретение также может относиться к системе, включающей в себя комбинацию из одной или нескольких вышеупомянутых капсул и вышеупомянутого устройства или к капсуле, вставленной в вышеупомянутое устройство.
Дополнительные признаки изобретения станут очевидны из предлагаемого ниже подробного описания фигур.
На фиг.1 показан вид сверху в перспективе запечатанной капсулы, используемой в системе по настоящему изобретению;
на фиг.2 показан вид снизу капсулы по фиг.1;
на фиг.3 показан вид в сечении капсулы по фигурам 1 и 2;
на фиг.4 показан вид в перспективе устройства для приготовления напитков по изобретению;
на фиг.5 показан вид в сечении устройства для приготовления напитков с установленной внутри него капсулой;
на фиг.6 показан детализированный вид в сечении по фиг.5 клапанных средств, в сомкнутом положении;
на фиг.7 показан увеличенный вид в сечении клапанных средств по фиг.6, в сомкнутом положении;
на фиг.8 показан увеличенный вид в сечении клапанных средств по фиг.6, в разомкнутом положении;
на фиг.9 показан вид в перспективе снизу детали крышки устройства;
на фиг.10 показан вид в сечении капсулы по другому варианту осуществления;
на фиг.11А показан увеличенный вид в сечении клапанных средств по фиг.10, в сомкнутом положении;
на фиг.11В показан увеличенный вид в сечении клапанных средств по фиг.10, в разомкнутом положении в момент выхода центрифугируемой жидкости из капсулы;
на фиг.12 показан вид в сечении капсулы по другому варианту осуществления;
на фиг.13 показан вид в сечении капсулы по другому варианту осуществления;
на фиг.14 вид в сечении капсулы по другому варианту осуществления, при котором верхняя стенка состоит из ламинированной конструкции, содержащей верхнюю мембрану и нижний пористый слой;
на фиг.15 показан вид в сечении капсулы по другому варианту осуществления, при котором мембрана герметично прикреплена к верхней части поднятого или регулировочного участка;
на фиг.16 показан вид в сечении капсулы по другому варианту осуществления изобретения.
Как показано на фигурах 1 и 2, предпочтительная одноразовая капсула 1 по изобретению, в целом, содержит чашеобразный корпус 2, к которому герметично прикреплена перфорируемая мембрана 3. Мембрана 3 герметично прикреплена к периферийному ободку 4 корпуса на внутренний кольцеобразный уплотняющий участок 5. Ободок 4 может выступать наружу, образуя небольшой кольцеобразный уплотняющий участок 5 размером примерно 2-10 мм. Чашеобразный корпус содержит нижнюю стенку 6 и боковую стенку 7, которая предпочтительно расширяется в направлении широкого открытого торца корпуса, расположенного оппозитно нижней стенке. Чашеобразный корпус предпочтительно является жестким или полужестким. Он может быть изготовлен из пищевого пластика, например полипропилена, с газонепроницаемым барьерным слоем, например из сополимера этилена с виниловым спиртом или подобного материала, либо алюминиевого сплава или ламинированного слоя из пластика и алюминиевого сплава, либо из биоразлагаемого материала (например, полимолочной кислоты, крахмала или полимера на основе волокон). Мембрана 3 может быть сделана из более тонкого материала, такого как слоистый пластик, также со слоем из барьерного материала или алюминиевого сплава, либо из сочетания пластика и алюминиевого сплава. Толщина мембраны обычно составляет, например, от 20 до 250 микрон. Мембрана может перфорироваться для образования впускного отверстия для воды, как это будет рассмотрено в описании изобретения ниже. Мембрана также содержит перфорируемую периферийную часть.
Предпочтительно капсула расположена симметрично вокруг центральной оси А. Однако следует заметить, что капсула не обязательно должна иметь круглое сечение вокруг оси А и может иметь другую форму, например, квадратную, прямоугольную или другую многоугольную форму.По одному из аспектов изобретения капсула по изобретению содержит кольцеобразный выступ 8, который поднимается вверх от фланцеобразного ободка 4 и образует регулировочные средства клапанных средств после ее установки в устройство для приготовления напитков как это будет рассмотрено далее. В частности, выступ 8 рельефно проходит от уплотнительного участка 5 фланцеобразного ободка, который расположен в плоскости Р. Уплотнительный участок 5, соответственно, образует внутренний нижний, относительно участка 8, кольцеобразный участок ободка. Выступ 8 таким образом проходит в направлении, противоположном дну 6 корпуса. Выступ 8 образует часть клапанных средств для выборочного перекрытия потока центрифугируемой жидкости, выходящей из капсулы, как это будет рассмотрено далее в настоящем описании.
Выступ 8 может не обязательно быть непрерывным кольцевым участком. В частности, он может частично или полностью прерываться или разрезаться, по меньшей мере, одним газовентиляционным каналом 80. Канал 80 проходит радиально, создавая проход, через который газ, находящийся внутри капсулы, может выходить наружу при заполнении капсулы жидкостью. Вместо каналов углубления могут быть сделаны в виде множества микроскладок, делающих выступ проницаемым для газов. Следует заметить, что через подобные вентиляционные каналы 80 может проходить некоторое количество жидкости, при условии, что падение давления, создаваемое поднятым участком, позволяет увеличивать давление внутри капсулы и открывать путем их перемещения клапанные средства.
Первый вариант осуществления системы, включающей в себя капсулу по изобретению и устройство для приготовления напитков, изображен на фигурах с 4 по 8 и рассматривается ниже. Система содержит вышеупомянутую капсулу 1 и устройство 23 для приготовления напитков. В устройстве имеется модуль 24, в который может вставляться капсула. Капсула содержит пищевое вещество для заваривания, капсула вынимается из модуля после ее использования для утилизации (например, для выбрасывания или вторичной переработки как органическое или неорганическое сырье). Модуль 24 сообщается по текучей среде с источником подачи воды, например с баком 25 для воды. Средства подачи жидкости, например насос 26, расположены в гидролинии 27, между модулем и источником подачи воды. Также имеется нагреватель 28 для подогрева воды в гидролинии, перед подачей воды в модуль. Нагреватель воды может быть вмонтирован в гидролинию для подогрева пресной воды, поступающей из бака. Как вариант, нагреватель воды может быть расположен непосредственно в баке для воды, который в этом случае становится бойлером. Разумеется, вода также может забираться непосредственно из водопровода через водопроводный кран. Устройство может дополнительно содержать средства управления и средства включения (не показаны) для начала осуществления способа приготовления напитков.
Вода может подаваться в модуль 24 под низким давлением или даже самотеком. Например, давление у впускного отверстия модуля может быть от 0 до 2 бар выше атмосферного давления. Вода также может подаваться и под давлением свыше 2 бар, если используется нагнетающий насос, например поршневой насос.
Варочный модуль 24 может содержать два основных капсулоприемных подузла 29, 30, которые преимущественно состоят из подузла или насадки для впрыскивания воды и водонакопительного подузла, включая держатель капсулы. Два подузла образуют средства позиционирования и центрирования капсулы перед началом ее вращения в устройстве. Два подузла смыкаются друг с другом вокруг капсулы и закрепляются, например, при помощи штыковой соединительной системы 31 или любых других подходящих запорных средств, действующих по принципу механического зажима. Водонакопительный подузел 30 содержит канал 32 для жидкости, например, выступающий со стороны подузла для направления центрифугируемой жидкости, выходящей из капсулы, в рабочую емкость, например чашку или стакан. Канал для жидкости сообщается с накопителем 33 для жидкости, образующим U-образный или V-образный кольцеобразный участок, проходящий вокруг держателя капсулы, включающий в себя вращающийся барабан 34, в который может вставляться капсула, как это показано на фиг.5. Накопитель 33 для жидкости образует накопительную полость 63 для сбора жидкости, которая будет рассмотрена в описании далее. Ниже водонакопительного подузла 30 находятся средства для приведения капсулоприемного барабана 34 во вращение внутри подузла.
Приводные средства предпочтительно содержат роторный двигатель 40, который может работать от электричества или на газу.
Подузел для впрыскивания воды содержит сторону, на которой расположено впускное отверстие 35 для воды, сообщающееся по ходу спереди с гидролинией 27 для подачи воды.
Вращающийся вал 37 является продолжением вращающегося барабана 34 и вращается относительно внешнего основания 38 накопителя 33 для жидкости при помощи направляющих средств 39, таких как шариковые или игольчатые подшипники. Таким образом, вращающийся барабан выполнен с возможностью вращения вокруг центральной оси I, тогда как внешнее основание 38 принимающей части неподвижно закреплено относительно устройства. В месте соединения между вращающимся валом 37 барабана и валом 42 двигателя 40 может использоваться механическое сопряжение.
Что касается подузла 29 для впрыскивания воды, то он содержит расположенную в центре него впрыскивающую насадку 45, которая неподвижно закреплена относительно продольной оси I устройства. Впрыскивающая насадка содержит центральный трубчатый элемент 46 для подачи воды с впускного отверстия 35 на выпускное отверстие 47, заходящий в камеру 14 капсулы. На центральный трубчатый элемент надета полая игла 90, которая заходит в капсулу и впрыскивает в нее жидкость. Для этого выпускное отверстие для воды сопряжено с прокалывающими средствами, например с острым трубчатым наконечником 48, способным прокалывать отверстие в мембране 3 капсулы.
Вокруг впрыскивающей насадки установлена вращающаяся зацепляющая деталь или крышка 49. У вращающейся зацепляющей детали 49 имеется центральное отверстие, в которое вставляются впрыскивающая насадка и вращающиеся направляющие средства, такие как шариковые или игольчатые подшипники 50, вставляемые между деталью 49 и впрыскивающим устройством 45. Уплотнительные средства 89 расположены между шариковыми подшипниками 50 и впрыскивающей иглой 90 для предотвращения попадания жидкости из капсулы внутрь подшипника.
Капсулозацепляющий подузел 29 может дополнительно содержать трубчатую часть юбки 62, которая заходит во внутреннюю кольцеобразную камеру 63 водонакопительного узла 30, когда два подузла смыкаются друг с другом вокруг капсулы. Подобная трубчатая часть юбки 62 образует ударную стенку для центрифугируемой жидкости, выходящей из центрифугируемой капсулы. Подобная часть 62 предпочтительно неподвижно закреплена в подузле 29. Подузел дополнительно содержит захватную часть 64, помогающую устанавливать ее в водонакопительном подузле 30. Подобная захватная часть 64 может иметь ребристую поверхность вдоль ее окружности для более удобного захвата рукой. Захватная часть может быть неподвижно закреплена на неподвижном основании подузла 29 с помощью винтов 67.
Разумеется, подобная часть может быть заменена рычажным механизмом или аналогичными манипуляционными приспособлениями.
По одному из аспектов изобретения вращающаяся зацепляющая часть содержит перфорирующие элементы 53, расположенные на периферийной части детали. Перфорирующие элементы предназначены для перфорирования мембраны 3 капсулы вдоль ее краев, а именно в кольцеобразной периферийной области верхней части мембраны 3 капсулы. Точнее, перфорирующие элементы состоят из острых выступов, торчащих от нижней поверхности зацепляющей части. Мембрана предпочтительно перфорируется, когда подузел 29 для впрыскивания воды перемещается относительно капсулы, после того как капсула вставлена в держатель капсулы нижнего подузла 30 при смыкании устройства, т.е. двух подузлов 29, 30 вокруг капсулы.
Перфорирующие элементы предпочтительно распределены, по меньшей мере, вдоль одной (или нескольких) круговых траекторий на детали. По предпочтительному варианту осуществления перфорирующие элементы 53 у наконечника являются полнотелыми (т.е. через них не проходит канал подачи жидкости).
Клапанные средства 51 расположены в системе потока центрифугируемой жидкости, по ходу после перфорирующих элементов. Клапанные средства могут быть любым подходящим клапаном, обеспечивающим открытие или расширение потока центрифугируемой жидкости, выходящей из капсулы по достижении заданного порогового значения давления жидкости. Клапанные средства калибруются для открытия при определенном давлении. В частности, давление открытия находится в диапазоне от 0.5 до 4 бар, предпочтительно от 1.5 до 2.5 бар, например около 2 бар давления. Важно отметить, что калибровка зависит от высоты "d" регулировочного участка 8 капсулы. Противодавление клапанных средств при автоматической регулировке предварительной нагрузки клапана преимущественно зависит от данного расстояния, как это будет рассмотрено далее. Калибровка клапана, таким образом, определяет расход раздаваемого напитка для определенной скорости вращения.
По предпочтительному варианту осуществления, как это показано, клапанные средства содержат зацепляющий участок, т.е. кольцеобразный выступ 8 капсулы, который выступает над фланцеобразным ободком 4 капсулы, в частности, над внешней поверхностью уплотнительной части 5. Подобный зацепляющий участок 8 образует выступ, идущий вверх от, по существу, плоской поверхности ободка или от относительно опущенной внутренней уплотнительной части 5 ободка. Участок 8 может быть образован как составная часть фланцеобразного ободка. В этом случае корпус 2 капсулы, включая фланцеобразный ободок, предпочтительно изготавливается из пластика и/или алюминия. С противоположной стороны клапанные средства содержат зацепляющую поверхность 83 вращающейся крышки 49. Как это показано на фиг.7, между мембраной 3 и поднятой частью 8 оставлен зазор для жидкости, позволяющий жидкости проходить через мембрану в радиальном направлении, в сторону клапанных средств таким образом, чтобы нижняя поверхность 54 крышки не создавала существенных препятствий и не перекрывала движение. Зацепляющая поверхность 83 может быть разной формы, в зависимости от конкретной формы выступа 8. По предпочтительному варианту осуществления, зацепляющая поверхность 83 является, по существу, плоской поверхностью, например кольцеобразной плоской поверхностью. Зацепляющая поверхность может быть образована в виде кольцеобразного углубленного участка поверхности у края нижней поверхности 54 крышки 49 таким образом, чтобы основание перфорирующих элементов было ниже кончика или верхней сжимаемой поверхности выступа 8.
По всем вариантам осуществления изобретения высота (d) выступа относительно внутренней части 5 фланцеобразного ободка, проходящего в плоскости (Р), как это показано на фиг.7, может находиться в диапазоне от 0.2 до 10 мм, более предпочтительно от 0.5 до 5 мм, наиболее предпочтительно от 0.8 до 2 мм.
Следует заметить, что зацепляющая поверхность 83 может иметь множество других форм, помимо вогнутой или выгнутой.
Как показано на фиг.8, фланцеобразный ободок капсулы может содержать на его поверхности 82 кольцеобразную канавку 81, расположенную оппозитно выступу 8, т.е. на нижней поверхности 82 фланцеобразного ободка или поверхности, обращенной в сторону дна 6 корпуса. Держатель капсулы устройства содержит опорный участок, содержащий опорную поверхность, от которой отходит кольцеобразный зубец 92, который совпадает по форме с кольцеобразной канавкой 81 капсулы. Поэтому зубец 92 может использоваться для позиционирования и ориентирования капсулы в устройстве, а также для поддержки кольцеобразного выступа 8 клапанных средств при сжатии поворотной частью 49. Зубец 92 может быть острым непрерывным выступом или состоять из прерывистых выступов, распределенных на кольцеобразной части поверхности держателя капсулы. Например, выступ и его ответная часть 81 могут быть изготовлены при формировании корпуса капсулы, например, во время производственного процесса выдавливания, глубокой вытяжки, литья под давлением или термоформования.
Клапанные средства 51 выполнены с возможностью закрытия под действием упругой смыкающей нагрузки, создаваемой нагружающей системой 70, содержащей подпружиненный элемент 71. Подпружиненный элемент 71 прикладывает упругую нагрузку на поворотную крышку 49. Нагрузка в основном распределяется на зацепляющую поверхность 83, воздействующую при смыкании на выступ 8 капсулы. Поэтому клапан обычно перекрывает поток для центрифугируемой жидкости после того, как на выступ начинает воздействовать достаточное давление, создаваемое центрифугируемой жидкостью, выходящей через отверстия, проделанные перфорирующими элементами. Таким образом, жидкость проходит между мембраной 3 и верхней поверхностью 54 поворотной крышки 49, открывая клапан 51 за счет выталкивания всей крышки 49 вверх, против усилия подпружиненного элемента 71, как это показано на фиг.8. Центрифугируемая жидкость, таким образом, может выбрасываться с высокой скоростью на ударную стенку 62.
Нагрузка, создаваемая системой 70, может регулироваться, как это показано на фигурах 5 или 6, для управления давлением открытия клапанных средств. В частности, система 70 может содержать основание 55, на которое устанавливается первый конец подпружиненного элемента 71. Противоположный конец подпружиненного элемента 71 неподвижно закреплен, а упирающийся элемент 56 дополнительно соединен винтовым элементом 57. Основание 55, элемент 71 и упирающийся элемент 56 помещены в трубчатую раму 58. Винтовой элемент 57 и трубчатая рама 58 совместно образуют исполнительный механизм 72, содержащий дополнительную резьбу 73, позволяющую осуществлять настройку сжимающей нагрузки подпружиненного элемента 71, воздействующей на зацепляющую деталь 49.
Следует заметить, что упругие средства, прикладывающие нагрузку на клапанные средства, могут быть сконструированы иным образом. В частности, упругие средства 71, например пружина или упругий резиновый элемент, могут быть непосредственно сопряжены с поверхностью 83 независимо от поверхности 54, например, при помощи отдельного кольцеобразного блока или могут быть сопряжены с кольцевым выступом 8 клапанных средств.
Как показано на фигурах 8 и 9, нижняя поверхность 54 крышки 49 содержит несколько перфорирующих элементов или выступов 53, распределенных вокруг периферийной части поверхности. Каждый перфорирующий элемент 53 создает перфорированное отверстие в верхней мембране капсулы, а следовательно, проход для центрифугируемой жидкости, выходящей из зацепленной капсулы во время ее вращения. Количество перфорирующих элементов можно менять путем снятия крышки и замены ее на крышку с большим количеством перфорирующих элементов. Предпочтительно поверхность может содержать распределительные средства 84, образованные серией каналов 85, находящихся на поверхности 54, позволяющие оставлять регулируемый зазор между перфорирующими элементами и клапанными средствами для потока жидкости, проходящей между мембраной и крышкой. Каналы 85 могут быть образованы рельефными элементами 86, 87, образующими дистанционные средства. Например, между перфорирующими элементами 53 может быть расположено несколько рельефных элементов 87, не позволяющих мембране проваливаться между перфорирующими элементами, что может приводить к блокированию потока жидкости. Кроме этого, на пути потока между перфорирующими элементами 53 и клапанными средствами может быть размещена другая серия рельефных элементов 86 для создания дополнительных каналов между поверхностью 54 и фланцеобразным ободком 4 капсулы таким образом, чтобы поток жидкости надлежащим образом направлялся на клапанные средства. Следует заметить, что дистанционные средства, т.е. серия отдельных рельефных элементов 86, 87, обеспечивающих зазор для потока, могут быть образованы на фланцеобразном ободке капсулы. Например, фланцеобразный ободок может содержать несколько небольших концентрических выступов, распределенных на внутренней части относительно кольцевого выступа 8 (не показано).
По другому варианту осуществления изобретения кольцевой выступ 8 на поверхности капсулы образован элементом, который изготовлен из материала, отличающегося от материала, используемого во фланцеобразном ободке капсулы. Подобный элемент может быть изготовлен из сжимаемого материала. Материал может быть упругим или неупругим. В частности, элемент может быть изготовлен из пластика или может быть резиновым уплотнительным кольцом, которое укупорено к фланцеобразному ободку. Кольцо, например, может быть укупорено при помощи нагревания, ультразвука или нанесено в виде жидкого вещества, например жидкого силоксанового каучука (LSR), и отверждено на ободке. Выступающий элемент 8 также может быть сопряжен с капсулой при помощи других средств, например клея или защелкиванием в кольцеобразной канавке капсулы.
На фигурах 10, 11А и 11В изображен другой вариант осуществления изобретения, в котором выступ 8 образован в виде уступа, поднимающегося от нижнего уплотняющего участка 5 фланцеобразного ободка. У уступа имеется, по существу, плоская верхняя поверхность, которая сопрягается при помощи прижимного зацепления с нижней зацепляющей поверхностью 83 крышки 49 устройства, образуя клапанные средства. Ширина (w) уступа может быть больше высоты (d) выступа. Кроме этого, ширина (w) кольцеобразного выступа может быть также равна или даже превышать ширину укупоренной части 5. Как видно из фиг.11В, зазор, имеющийся между верхней внешней стенкой 3 капсулы и верхней поверхностью выступа, позволяет жидкости почти беспрепятственно проходить в направлении клапанных средств 51.
По данному варианту осуществления, а также по другим вариантам осуществления настоящего изобретения устройство может содержать раздельную крышку 49, состоящую из перфорирующего блока 49а и внешнего клапанного блока 49b. Клапанный блок 49b имеет круглую форму, установлен независимо от блока 49а и подпружинен упругими средствами 71, например пружиной. За счет подобной раздельной компоновки крышки 49 напряжение сжатия, создаваемое клапанными средствами 51, не зависит от напряжения сжатия, прикладываемого перфорирующим блоком. Поэтому раскрытием или расширением клапанных средств 51 вследствие вращения капсулы во время центрифугирования можно управлять более надежно. Кроме этого, при раскрытии клапанных средств 51 положение перфорирующих элементов 53 для проделывания выпускных отверстий относительно капсулы не меняется. Фильтрация жидкости, извлекаемой между элементами 53 и мембраной 3, управляется за счет смыкания части 49а с капсулой и поэтому остается постоянной и эффективной, вне зависимости от относительного положения клапанных средств 51.
Капсула по фиг.10 может дополнительно содержать уплотнительный элемент 91, который водонепроницаемо зацепляется с иглой устройства (также изображенный на фиг.1). Элемент 91 предотвращает протечку жидкости из капсулы через перфорированные отверстия, проделанные иглой в мембране. Уплотнительный элемент 91 может находиться на внешней поверхности верхней стенки 3 или на внутренней поверхности данной стенки. Уплотнительный элемент предпочтительно изготовлен из упругой резины и/или волокнистого материала. Он также может проходить по всей внешней поверхности стенки 3. Другие варианты капсулы с центральным уплотнительным элементом описаны в находящейся в процессе одновременного рассмотрения Европейской патентной заявке №091696799, озаглавленной «Капсула для приготовления напитка методом центрифугирования».
Капсула по фиг.12 представляет собой другой вариант осуществления, по которому перфорируемая мембрана, являющаяся внешней стенкой, заменена пористой стенкой 36. Верхняя стенка таким образом образует стенку, которая задерживает ингредиенты напитка внутри капсулы, но позволяет центрифугируемой жидкости выходить из капсулы без ее перфорирования. Кроме этого, жидкость в капсулу также может подаваться через стенку, без ее перфорирования. Стенка может быть пористой только для жидкости на каком-то определенном участке, например только у выпускной части или только у впускной части, либо и там и там. Размер пор в стенке может быть от 50 до 500 микрон, более предпочтительно от 80 до 300 микрон. Материалы, которые могут использоваться для изготовления стенки 36, включают в себя фильтровальную бумагу, тканые или нетканые полимеры, полимерную мембрану с контролируемым размером отверстий и их комбинации.
Капсула по фиг.13 отличается тем, что корпус капсулы состоит, по меньшей мере, из двух компонентов 43, 52, имеющих разную степень жесткости. Первый компонент 43 корпуса используется для изготовления фланцеобразного ободка 4, а второй компонент 52 корпуса используется для изготовления боковой стенки 7 и дна 8. Второй компонент 52 предпочтительно является более гибким материалом, чем первый компонент. Второй компонент может быть, например, тонкой алюминиевой и/или полимерной фольгой, тогда как первый компонент 43 может быть жестким пластиком. Компонент 43, являющийся ободком, переходит в соединительную часть 59, с которой герметично соединен гибкий нижний компонент 52. Разумеется, верхняя стенка может быть пористой стенкой, как в варианте осуществления по фиг.12, или перфорируемой мембраной, как в предыдущих вариантах осуществления.
Капсула по фиг.14 отличается от любых других вариантов осуществления тем, что, по меньшей мере, верхняя стенка 3, смыкающаяся с корпусом капсулы, состоит, по меньшей мере, из двух слоев 37, 38, соответственно внешнего перфорируемого, непроницаемого для жидкости слоя 41 и внутреннего пористого, пропускающего жидкость слоя 68. Многослойная конструкция предпочтительно является ламинированной, т.е. скрепленной слоеной конструкцией, возможно содержащей промежуточный уплотнительный слой. Внутренний слой 68 может быть изготовлен из упругого пластика, например полипропилена или полиуретанового эластомера. Верхний слой 41 может быть образован из алюминия или соединения из алюминия и полипропилена. Внутренний слой 68 также может быть герметично прикреплен к верхнему слою в одной или нескольких отдельных областях, например только в центральной области и может быть рассоединен с верхним слоем в других областях, за пределами упомянутой области(ей). Это позволяет обеспечивать одновременно как водонепроницаемость вокруг центральной впрыскивающей иглы устройства для исключения байпаса воды с верхней стороны капсулы, так и фильтрацию на периферийной части стенки 3, где происходит извлечение жидкости в результате центрифугирования. При изготовлении капсулы по фиг.14, в особенности корпуса 2 и внешней мембраны 41, могут использоваться материалы, обладающие дополнительными газонепроницаемыми барьерными свойствами.
Капсула по фиг.15 отличается от любых других вариантов осуществления тем, что верхняя стенка 3, закрывающая корпус капсулы, плотно прикреплена к верхней части выступа 8. Фланцеобразный ободок 4 капсулы содержит кольцевой нижний участок 5, который одним краем соединен с боковой стенкой 7 корпуса, а другим краем соединен с выполненным уступом регулировочного участка 8. Между тем, нижний участок 5 удален от верхней стенки 3 на расстояние «d», являющееся высотой выступа 8. Толщина «dl» нижнего участка 5 меньше общей толщины «d+dl» ободка в области выступа 8. Толщина dl может быть, по существу, равна толщине боковой стенки. Предпочтительно ширина внутреннего участка 5 больше его толщины «dl».
На фиг.16 показан еще один вариант осуществления капсулы, в котором регулировочный участок 8 образован частично расплавленным «зародышем», на который прикреплена верхняя стенка 3. Первоначальная высота оплавляемого «зародыша» 89 (показана пунктирной линией) перед ультразвуковой сваркой верхней стенки 3 больше расстояния «d», однако, затем уменьшается и после сварки становится меньше расстояния «d».
В качестве одного из очевидных вариантов настоящего изобретения, капсула по изобретению также может быть многоразовым контейнером, верхняя стенка которого открывается для загрузки порции ингредиентов для приготовления напитка внутрь капсулы. Например, верхняя стенка соединена с корпусом при помощи прессовой посадки. Для обеспечения соединения между верхней стенкой и корпусом два элемента могут быть таким образом соединены при помощи локального гибкого пластикового шарнира.