КАПСУЛА ДЛЯ ЭКСТРАГИРУЕМОГО МАТЕРИАЛА, СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАВАРИВАНИЯ КОФЕ
CAPSULE FOR EXTRACTION MATERIAL, METHOD FOR PRODUCTION THEREOF AND DEVICE FOR BREWING COFFEE

Изобретение относится к приготовлению напитков и других подобных продуктов из содержащегося в капсуле экстрагируемого материала, например молотого кофе. В частности, оно относится к прокалываемой капсуле, представляющей собой порционную упаковку и способу ее изготовления.
Экстракционные аппараты для приготовления напитков из имеющегося в порционной упаковке экстрагируемого материала, такие как кофеварки и кофеварки "эспрессо", известны и пользуются большой популярностью. Во многих подобных устройствах порционные упаковки выполнены в виде капсул, в которых заключен и, например, герметично закрыт, экстрагируемый материал. Для экстракции этого материала капсулу прокалывают с двух расположенных напротив друг друга сторон. С одной из сторон вводят экстрагирующую жидкость, чаще всего горячую воду. С другой стороны из капсулы выводят продукт экстракции. При этом внутри капсулы должно иметь место значительное давление, например 5-20 бар.
В качестве материалов для капсул применяют, в частности, алюминий и пластики, например полипропилен. Алюминиевые капсулы обеспечивают длительный срок хранения экстрагируемого материала, но их изготовление связано с большими энергетическими затратами.
Полипропиленовые капсулы выгодны в отношении энергозатрат и утилизации отходов, но при их применении предъявляются повышенные требования к механизму для прокалывания.
На рынке имеются как капсулы со встроенными фильтрующими средствами, так и капсулы, представляющие собой только оболочку, в которую заключен экстрагируемый материал. Механизм для прокалывания последних должен иметь такую конструкцию, которая исключает нежелательный вывод из капсулы экстрагируемого материала вместе с продуктом экстракции.
Капсула без встроенных фильтрующих средств описана, в частности, в патентном документе ЕР №1886942.
В патентном документе ЕР №1344722 раскрыта чашеобразная капсула, внутри которой имеется распределительный или сборный элемент, который отделяет первый отсек капсулы, наполняемый водой или напитком, от второго отсека, содержащего экстрагируемый материал. Распределительный или сборный элемент имеет большое количество каналов для жидкости, предназначенных для распределения воды или сбора напитка, при этом он выполнен и расположен так, что не прокалывается перфоратором кофеварки.
Далее, например, из патентного документа US №2005/0051478 известны капсулы с встроенным фильтром. Этот фильтр выполняет такие же функции, как и бумажный фильтр известных кофеварок с фильтром: в отсек капсулы с экстрагируемым материалом через прокалывающий заостренный элемент под небольшим давлением или без давления впрыскивается вода, а по завершении процесса экстракции кофе через бумажный фильтр капсулы попадает в сборный отсек, откуда он выводится при помощи еще одного прокалывающего заостренного элемента.
Из патентного документа WO №2008/011913 известна капсула, имеющая выпускное отверстие, закрытое тканью, образующей на кофе тонкий слой пены ("crema"). Кроме того, эта капсула имеет предохранительную крышку, имеющую буртик, удерживающий эту ткань на месте. На противоположной относительно выпускного отверстия стороне имеется крышка, образующая вокруг впускного отверстия кольцеобразное углубление.
Во многих регионах кофе, сваренный фильтрационным способом, продолжает оставаться весьма популярным. При этом в стакан для кофе часто наливают большие порции кофе - до 3 или 4 децилитров. В случае приготовления такого кофе с использованием порционной капсулы, количества кофе, содержащегося в капсуле и составляющего обычно 6-8 г, оказывается недостаточно. Поэтому на тех рынках, на которых популярностью пользуется кофе, сваренный фильтрационным способом, кофеварки, работающие на порционных капсулах, распространены не очень широко. Там же, где эти кофеварки, тем не менее, применяют, капсулы имеют гораздо большие размеры, чем капсулы известных систем для приготовления кофе "эспрессо". Такие кофеварки имеют большую заварочную камеру, приспособленную к порционным капсулам большего размера, и, соответственно, насос, сконструированный для подачи под низким давлением больших количеств горячей воды. Поэтому для заваривания кофе "эспрессо" эти кофеварки не подходят.
Тем не менее было бы предпочтительным, если бы любители кофе, сваренного в кофеварке с фильтром, могли при помощи имеющихся у них средств заваривать также и кофе "эспрессо".
Предложенное изобретение направлено на то, чтобы решить указанную задачу. В частности, предложенное решение должно обеспечивать возможность приготовления обоих напитков - как кофе в больших объемах, сваренного фильтрационным способом (для приготовления которого необходимы относительно большие количества кофе), так и кофе "эспрессо", без необходимости использовать для этого два разных аппарата.
Эта задача решена посредством изобретения, раскрытого в формуле изобретения.
В соответствии с первым аспектом изобретения предложена порционная капсула для завариваемого напитка, в частности капсула для кофе, наружные размеры которой соответствуют размерам капсулы для приготовления большой порции кофе, сваренного фильтрационным способом (например, 300 мл или больше), но имеющая разделительный элемент, отделяющий пустой отсек от отсека для экстрагируемого материала. Кроме того, имеется по меньшей мере один канал для жидкости, например, проходящий через пустой отсек. Канал (каналы) для жидкости и отсек для экстрагируемого материала выполнен(ы) так, что вода, введенная в капсулу в точке инжекции, или приготовленный в капсуле напиток, по существу, в пустой отсек не попадают.
При этом все элементы - отсек для экстрагируемого материала, пустой отсек, разделительный элемент и каналы для жидкости - расположены внутри капсулы, то есть в объеме, закрытом наружной стенкой.
В общем, пустой отсек с одной стороны ограничен разделительным элементом, с другой стороны - частью стенки капсулы.
В тексте настоящего описания термин "кофе, сваренный фильтрационным способом" означает кофе, сваренный с относительно большим количеством жидкости и при низком давлении, например, менее 5 бар, в частности 3 бара или ниже. Термин "эспрессо" использован для кофейных напитков, заваренных при высоком давлении, например, более 5 бар или более 8 бар. Таким образом, термин "кофе, сваренный фильтрационным способом", также охватывает кофейные напитки, в процессе варки которых собственно фильтр не применяют, а термин "эспрессо", например, также охватывает кофе "эспрессо лунго".
Наполнение большой капсулы большого объема, например 30 мл, небольшим количеством кофе, например приблизительно 7 г, не является выгодным вариантом, так как при такой конфигурации происходило бы "завихрение" тонкоизмельченного молотого кофе и кофе "эспрессо" сварить бы не удалось.
Таким образом, благодаря подходу, предложенному в первом аспекте данного изобретения, порционная капсула сравнительно большого объема может иметь отсек наполнения уменьшенного объема, а именно отсек для экстрагируемого материала, в котором имеется уменьшенное количество кофе. Однако в отличие от подходов, известных из уровня техники, благодаря наличию каналов для жидкости жидкостью наполняют не весь объем капсулы (то есть не все внутреннее пространство капсулы). Таким образом, для приготовления "эспрессо" не требуется больший объем капсулы, повышенная мощность гидравлического насоса и/или увеличенное время цикла (что является важным для качества напитка), чем в известных кофеварках. Также отсутствует необходимость заваривать напиток в количестве, увеличенном на разницу в объеме капсулы (по сравнению с известными капсулами) и по окончании заваривания большая часть капсулы (в процентном отношении) не будет заполнена горячей водой или напитком. Разность между объемом "большой" капсулы для кофе, сваренного фильтрационным способом, - эта капсула должна вмещать приблизительно 15 г кофе или больше, и поэтому она должна иметь полезный объем для наполнения, составляющий приблизительно 30-34 мл, и капсулой "эспрессо", имеющей приблизительно вдвое меньший объем, по сравнению с объемом жидкости среднего кофе "эспрессо", например 25-40 мл, безусловно, существенна.
Преимущество по сравнению с системами, содержащими кофеварку, рассчитанную на капсулы разного размера, заключается в том, что для того, чтобы варить кофе с разным объемом наполнения, кофеварка для систем с капсулами, соответствующими первому аспекту изобретения, требует наличия только одной заварочной камеры. Соответственно поэтому также нет необходимости предусматривать двойное количество подводящих и отводящих трубопроводов, идущих соответственно к заварочной камере и от заварочной камеры, средств для прокалывания, приводов для закрытия заварочной камеры и других подобных средств.
Пустой отсек может представлять собой полый объем, образованный наружной стенкой капсулы и разделительным элементом и по существу заполненный только воздухом или защитным газом. Кроме того, в пустом отсеке может присутствовать подходящий наполнитель, например, на основе прочного пенопласта. В этом случае через пустой отсек могут проходить, например, трубчатые каналы для жидкости, идущие в отсек для экстрагируемого материала. Среди тех конструктивных исполнений, в которых применяют каналы для жидкости, проходящие через пустой отсек и идущие в отсек для экстрагируемого материала, часто особенно предпочтительными являются те варианты, в которых пустой отсек находится в капсуле со стороны инжекции, а отсек для экстрагируемого материала - со стороны экстракции. В этом случае положение каналов для жидкости согласовано с положением шприцев заварочного модуля кофеварки так, что инжекция заварочной жидкости в каналы для жидкости происходит автоматически.
Каналы для жидкости не обязательно должны проходить через пустой отсек в том смысле, что они окружены пустым отсеком, они могут быть проведены, например, вдоль боковой стенки.
В тех конструктивных исполнениях, в которых жидкость впрыскивают со стороны пустого отсека, место инжекции, в общем, определено местом встречи каналов для жидкости с наружной стенкой со стороны инжекции. В этом случае прокалывающие заостренные элементы заварочного модуля согласованы с капсулой так, что наружную стенку перфорируют в соответствующем месте, и проколотое отверстие проходит только через участок поверхности, перекрытый соответствующим каналом для жидкости.
Однако не исключено, что со стороны инжекции может находиться специально предусмотренный отсек накопления, из которого жидкость попадает в каналы для жидкости, а затем из этих каналов - в область экстракции.
В тех вариантах осуществления, в которых жидкость впрыскивают со стороны отсека для экстрагируемого материала, соответствующие соображения относятся к месту ввода прокалывающих заостренных элементов выпускного устройства.
Подход согласно первому аспекту изобретения могут осуществить при помощи различных инжекторов и выпускных устройств. К ним относятся, с одной стороны, системы, в которых капсулу одновременно прокалывают как со стороны инжекции, так и со стороны экстракции (со стороны выпускного устройства). Эти системы, помимо прочего, обладают тем преимуществом, что они функционируют даже в том случае, когда, например, при заварке кофе, сваренного фильтрационным способом, давление подведенной воды невелико. С другой стороны, этот подход применим также для систем, в которых перфорирование капсулы со стороны экстракции осуществляют только после ввода воды для заваривания под возникающим в этом случае давлением. Пример системы, подходящей для полипропиленовых капсул, можно найти в патентном документе РСТ/СН №2010/000098, содержание которого включено в настоящую заявку посредством ссылки.
Подход согласно первому аспекту изобретения также могут осуществить при помощи капсул самых различных форм и видов. Эти формы и виды включают не только известную осесимметричную чашеобразную форму, но и альтернативные формы, например, описанные в патентном документе РСТ/СН2010/000097, содержание которого включено в настоящее описание путем ссылки.
Разделительный элемент может представлять собой перегородку или содержать перегородку, однако форма разделительного элемента не существенна.
Разделительный элемент может быть образован вкладываемой в капсулу вставкой. Этот элемент образует перегородку между отсеком для экстрагируемого материала и пустым отсеком, а также по меньшей мере один канал для жидкости. Он выполнен и/или плотно соединен с наружной стенкой капсулы так, что введенная в капсулу жидкость в больших количествах в пустой отсек не попадает.
Между отсеком для экстрагируемого материала и каналом для жидкости может быть образовано несколько проходных отверстий, благодаря которым возможно пропускание жидкости, но которые выполнены так, что тонкоизмельченный молотый кофе в канал для жидкости в значительных количествах не попадает. Например, проходные отверстия могут быть выполнены так, что они сужаются в направлении канала для жидкости. Благодаря такой форме тонкоизмельченный молотый кофе застревает/заклинивается в воронкообразном коническом отсеке. Тем не менее, в общем, вставка или другой разделительный элемент не выполняет функции фильтра, они предназначены только для разделения между отсеком для экстрагируемого материала и пустым отсеком, а также, в некоторых случаях, для образования каналов для жидкости.
Кроме того, сами каналы для жидкости также могут быть заполнены материалом для экстрагирования и, таким образом, по меньшей мере частично образовать отсек для экстрагируемого материала.
Герметизацию по меньшей мере одного канала для жидкости относительно пустого отсека осуществляют, например, благодаря тому, что в том месте, где канал для жидкости встречается с наружной стенкой, вставка образует водонепроницаемое соединение с наружной стенкой капсулы. Это соединение может представлять собой сварное соединение (изготовленное способом ультразвуковой сварки), клеевое соединение или другое подходящее соединение. Альтернативно может быть предусмотрено другое подходящее герметичное соединение, например, в результате того, что к наружной стенке прижимают упругодеформируемый уплотнительный элемент канала для жидкости.
Кроме того, герметизацию отсека для экстрагируемого материала относительно пустого отсека могут, например, осуществить при помощи непроницаемого для жидкости соединения (сварного соединения, клеевого соединения) вставки или разделительного элемента с наружной стенкой. Альтернативно вставка или разделительный элемент может иметь упругодеформируемый уплотнительный элемент, прижимаемый к наружной стенке. В частности, такой уплотнительный элемент может быть выполнен так, что он прижимается к наружной стенке, кроме того, благодаря давлению внутри отсека для экстрагируемого материала. Уплотнительный элемент может представлять собой, например, выступающий наружу уплотнительный выступ.
Альтернативно или дополнительно к этому уплотнительный выступ может быть зажат между соединенными частями наружной стенки капсулы, в результате возникает эффект, подобный эффекту лабиринтного уплотнения.
В соответствии с первым аспектом изобретения наружный объем порционной капсулы, составляет, например, от 25 до 40 мл. Соотношение между объемом отсека для экстрагируемого материала и наружным объемом капсулы предпочтительно составляет по меньшей мере 1,4, в частности по меньшей мере 1,6.
В соответствии со вторым аспектом изобретения, который предпочтительно комбинируют с первым аспектом изобретения, предложена система приготовления кофе, имеющая следующие элементы:
кофеварку, содержащую заварочную камеру, в которую могут вложить порционную капсулу, прокалываемую прокалывающими средствами кофеварки, расположенными со стороны инжекции и прокалывающими средствами кофеварки, расположенными со стороны экстракции, и гидравлический насос для подачи горячей воды в заварочную камеру и через средства для прокалывания, расположенные со стороны инжекции, в порционную капсулу, капсулу для кофе первого типа, содержащую первый отсек для экстрагируемого материала, наполненный тонкоизмельченным молотым кофе, причем первый отсек для экстрагируемого материала имеет первый объем и капсулу для кофе второго типа, содержащую второй отсек для экстрагируемого материала, наполненный тонкоизмельченным молотым кофе, причем второй отсек для экстрагируемого материала имеет второй объем, причем наружные размеры капсул для кофе первого типа в сущности идентичны наружным размерам капсул для кофе второго типа, и причем капсулы обоих типов в отношении их размеров согласованы с заварочной камерой, и причем первый объем больше второго объема.
При этом оба объема первого и второго отсека для экстрагируемого материала существенно различаются, например, первый объем составляет по меньшей мере 1,4 второго объема, в частности по меньшей мере 1,6 второго объема.
При этом первый объем предпочтительно также существенно больше объема наполнения обычных порционных капсул "эспрессо" и, например, составляет 25 мл или более. В частности, этот объем может составлять от 25 до 40 мл для объема наполнения приблизительно 10 -18 г кофе.
В предпочтительных вариантах осуществления изобретения капсулы первого типа заполнены кофе полностью, то есть первый объем соответствует общему объему капсулы (то есть объему, определенному наружными размерами, минус объем, в общем, сравнительно тонкой наружной стенки).
Кроме того, кофеварка предпочтительно выполнена таким образом, что она может управлять гидравлическим насосом в двух разных рабочих режимах для создания двух различных напоров насоса, причем первый напор насоса составляет менее 5 бар или менее 3 бар, а второй напор насоса составляет более 8 бар или более 5 бар.
Капсулы второго типа (или капсулы согласно первому аспекту изобретения) и кофеварка согласованы друг с другом так, что инжекция происходит со стороны пустого отсека.
Ниже со ссылками на чертежи описаны примеры осуществления изобретения. Одинаковые или аналогичные элементы на чертежах обозначены одинаковыми номерами позиций. Чертежи выполнены не в масштабе, частично они имеют соответствующие друг другу элементы, которые на разных чертежах имеют различные размеры. На чертежах показано следующее:
- на фиг.1 показана порционная капсула для кофе;
- на фиг.2 и 3 показан корпус капсулы и крышка порционной капсулы для кофе, показанной на фиг.1;
- на фиг.4 и 5 показана вставка для порционной капсулы;
- на фиг.6 показан разрез вставки;
- на фиг.7 показан вид снизу на вставку;
- на фиг.8 схематически показан разрез капсулы со вставкой;
- на фиг.9 и 10 показан увеличенный разрез участка вставки или наружной стенки капсулы и вставки;
- на фиг.11 показана вставка, выполненная в соответствии с альтернативным вариантом осуществления изобретения;
- на фиг.12 и 13 показаны альтернативные варианты осуществления порционной капсулы;
- на фиг.14 показан заварочный модуль кофеварки;
- на фиг.15 схематически показаны компоненты предлагаемой системы.
Капсула 1, показанная на фиг.1, имеет по существу кубическую форму. Однако та сторона, которая на рассматриваемом чертеже расположена вверху, немного больше нижней стороны, так что со строго математической точки зрения капсула имеет форму усеченной пирамиды. На этом чертеже угол α наклона боковых поверхностей относительно перпендикуляров к основанию - разумеется, имеется в виду та плоскость, расположенная под прямым углом к основанию, которая проходит через ребро между основанием и соответствующей боковой поверхностью - очень мал, предпочтительно он составляет не более 2°, например, приблизительно 1°. Кроме того, высота капсулы над основанием приблизительно соответствует длине ребер основания.
Наружная стенка капсулы образована корпусом 11, показанным на фиг.2, и крышкой 12, показанной на фиг.3 и изготовлена с использованием способа одновременной ультразвуковой резки и сварки. Подобная наружная стенка и способ ее изготовления описан в международной заявке РСТ/СН №2010/000097. На чертеже отчетливо виден немного отличный от 0° угол α, приблизительно равный 1° и расположенный по периметру валик 14 сварочного шва, со всех сторон выступающий в боковом направлении не более чем приблизительно на величину d=0,35 мм, то есть не больше чем приблизительно на 2-3%.
Наружная стенка капсулы выполнена из полипропилена и имеет толщину от 0,1 до 0,5 мм, предпочтительно от 0,2 до 0,4 мм, например, от 0,25 до 0,35 мм. Возможно применение и иных материалов, в частности других пищевых пластиков. Толщина наружной стенки, например, со всех сторон приблизительно одинакова. Предпочтительно наружная длина ребер куба составляет от 30 до 34 мм, что обеспечивает объем наполнения 12-18 г кофе.
В отличие от капсулы, описанной в заявке РСТ/СН №2010/000097, предложенная капсула 1 не только наполнена продуктом экстракции (молотым кофе), и однородна внутри, но и, как показано на фиг.4-7, содержит вставку 21, размещенную внутри капсулы. Эта вставка изготовлена, например, из полипропилена и имеет образующую разделительный элемент перегородку 22, которая после помещения внутрь капсулы отделяет верхний отсек для экстрагируемого материала от нижнего пустого отсека (как показано на фиг.4). От перегородки 22 в сторону пустого отсека проходят трубчатые выступающие элементы 24, имеющие приблизительно форму пустотелого цилиндра и служащие в качестве каналов для жидкости. Кроме того, между выступающими элементами 24 и снаружи этих элементов имеются выполненные в виде распорок усилительные элементы 26 (наличие которых не является обязательным), которые, как и каналы для жидкости, проходят в пустой отсек. Перегородка между каналами для жидкости и отсеком для экстрагируемого материала имеет участки, на которых выполнены отверстия 28, проходящие сквозь указанную перегородку. В ходе заваривания напитка горячая вода для заваривания проходит через эти отверстия снизу (как показано на фиг.4) и входит в отсек для экстрагируемого материала, где она известным образом пропитывает экстрагируемый материал.
В показанном варианте осуществления изобретения вставка, кроме того, имеет проходящую по периметру стенку 29, которая выполнена в форме замкнутого выступа и проходит в направлении экстрагируемого материала. Вместе с перегородкой эта стенка образует чашеобразную структуру, в которой находится экстрагируемый материал или его часть.
На фиг.8 схематично показано, каким образом вставка 21 расположена внутри капсулы 1. Из этого чертежа также видно, что капсула делится вставкой на отсеки трех типов. Как показано на фиг.8, отсек 31 для экстрагируемого материала отделен от пустого отсека 32 горизонтальной перегородкой 22. Каналы для жидкости, образованные выступающими элементами 24, вместе с участком 28 перегородки 22, в котором выполнены проходные отверстия, ограничивают отсеки 33 каналов для жидкости. Выступающие элементы доходят до наружной стенки капсулы, расположенной со стороны пустого отсека и, например, образуют с ней непроницаемое для жидкости соединение. При осуществлении процесса заваривания наружную стенку капсулы в зоне каналов для жидкости пробивают со стороны инжекции при помощи перфоратора, размеры которого таковы, что капсулу перфорируют только в зоне отсеков 33 каналов для жидкости, и жидкость для заваривания впрыскивают только в эти отсеки, а не в расположенный рядом пустой отсек 32. На фиг.8 пунктиром схематично обозначены расположенные со стороны инжекции перфорирующие заостренные элементы 41, причем в том положении, при котором они начинают перфорацию, происходящую вследствие относительного движения заостренных элементов из показанного на чертеже положения к середине капсулы. Жидкость под давлением через проходные отверстия 28 поступает в отсек 31 для экстрагируемого материала, где известным образом происходит процесс заваривания. Напиток выходит через отверстия в стенке капсулы, которые, как показано на фиг.8, расположены вверху. Перфорирующие заостренные элементы 42, расположенные со стороны экстракции, на фиг.8 также схематично показаны в положении, при котором они начинают перфорирование. При закрытии заварочной камеры, имеющей перфорирующие заостренные элементы 41, 42, например, перфорирующие заостренные элементы 41, расположенные со стороны инжекции, и перфорирующие заостренные элементы 42, расположенные со стороны экстракции, одновременно проталкивают через наружную стенку капсулы, однако, как сказано выше, первоначально перфорировать указанную наружную стенку могут только заостренные элементы, расположенные со стороны инжекции, а прокалывание при помощи заостренных элементов, расположенных со стороны экстракции, осуществляют за счет деформации капсулы под давлением жидкости для заваривания.
Дополнительные признаки предложенного устройства показаны на фиг.6.
Во-первых, из указанного чертежа видно, что проходные отверстия 28 имеют не цилиндрическую форму, а конусообразно сужаются книзу, то есть в сторону пустого отсека. Эта сделано для того, чтобы тонкоизмельченный молотый кофе застревал/заклинивался в воронкообразном коническом отсеке и не попадал в отсек 33 каналов для жидкости даже тогда, когда капсула подвергается механическим колебаниям. Такой эффект обеспечивается даже тогда, когда проходные отверстия в их самом узком месте имеют больший диаметр, чем средний размер частиц тонкоизмельченного молотого кофе.
Во-вторых, из фиг.6 видно, что трубчатые выступающие элементы 24, образующие каналы для жидкости, на своей концевой части (то есть на концевой части, расположенной со стороны пустого отсека) имеют сужающийся гребень 24.1, который при ультразвуковой сварке вставки с концевой наружной стенкой, расположенной со стороны пустого отсека, действует как направитель энергии.
Далее, на фиг.9 показан элемент, который не показан на фиг.3-8, но может присутствовать в устройстве, выполненном в соответствии с вариантом осуществления, показанном на фиг.1-8. На кромке 29.1, расположенной по периметру стенки 29, образован выступающий наружу выступ 29.2, который здесь составляет одно целое с расположенной по периметру стенкой 29 и благодаря своей толщине может упруго отклоняться "вверх" (то есть в сторону экстракции) или "вниз" (то есть в сторону пустого отсека). При установке в положение, показанное на фиг.8, выступ 29.2 отжимается наружной стенкой внутрь и вверх.
В ходе заваривания напитка выступ 29.2 действует как уплотнение и предотвращает то, что сваренный напиток из-за давления заваривания внутри отсека для экстрагируемого материала может попасть назад в пустой отсек с наружной стороны вдоль расположенной по периметру стенки. Давление заваривания внутри отсека для экстрагируемого материала отжимает выступ 29.2 наружу к наружной стенке капсулы, которая в некоторых случаях опирается на наружные средства камеры для заваривания, и, таким образом, усиливает уплотняющий эффект.
В некоторых случаях дополнительно может быть предусмотрено, что выступ благодаря его положению при закрытии капсулы с использованием одновременной ультразвуковой резки и сварки, зажимают между проходящим по периметру буртиком 14.1 корпуса капсулы, который присутствовал изначально и был отделен в ходе одновременной ультразвуковой резки и сварки, и крышкой 12; причем при закрытии капсулы между стенкой капсулы и вставкой возникает своего рода лабиринтовое уплотнение или даже адгезионное соединение. Эта ситуация показана на фиг.10, иллюстрирующей участок капсулы, на котором крышка 12 соединена с корпусом капсулы способом одновременной ультразвуковой резки и сварки. Так как это соединение представляет собой сварное и, следовательно, адгезионное соединение, линия разделения между материалом корпуса 11 капсулы и материалом крышки 12 не видна. Пунктирной линией 15 показано, как приблизительно проходит граница между корпусом капсулы и крышкой. Расположенный по периметру буртик 14.1 отделен способом одновременной ультразвуковой резки и сварки.
Как показано на чертеже, выступ 29.2 зажат в зоне валика сварного шва между крышкой и корпусом капсулы, что обеспечивает эффект уплотнительного средства в виде лабиринтного уплотнения. При необходимости буртик также может быть приварен к корпусу капсулы и/или крышке. Капсулу изготавливают следующим образом.
На первом этапе берут корпус 11 капсулы и вкладывают в него вставку 21. Затем концы выступающих элементов 24 вставки 21 посредством ультразвуковой сварки приваривают к "дну" корпуса капсулы. После этого капсулу наполняют экстрагируемым материалом. Затем способом одновременной ультразвуковой резки и сварки на корпусе капсулы крепят крышку, причем, смотря по обстоятельствам, как упомянуто выше, также могут зажать или даже приварить выступ вставки.
Ниже рассмотрены альтернативные варианты осуществления предлагаемых капсул. При этом рассмотрении описаны только отличия от уже описанной выше капсулы. Принципы и признаки вышеописанного варианта осуществления изобретения действуют - если это применимо - и в отношении альтернативных вариантов.
Показанная на фиг.11 вставка не имеет расположенной по периметру стенки, она состоит только из перегородки 22 и выступающих элементов 24 с необязательными усилительными элементами 26. В некоторых случаях может быть предусмотрен расположенный по периметру выступ (на этом чертеже он не показан), который примыкает прямо к перегородке и обладает уплотняющим эффектом в соответствии с рассмотренным принципом.
Капсула, схематически показанная на фиг.12, отличается от вышеописанных вариантов тем, что отсек 31 для экстрагируемого материала и отсеки 33 каналов для жидкости соединены и переходят друг в друга. Таким образом, при переходе в каналы для жидкости имеется разрыв в перегородке 22, и экстрагируемый материал также попадает в каналы для жидкости. Зона, покрытая на фиг.12 точками, иллюстрирует распределение экстрагируемого материала. Разумеется, принцип, проиллюстрированный на фиг.12, может быть применен и в вариантах осуществления, содержащих стенку, и в вариантах осуществления без этой стенки, а также в варианта с уплотнительными выступами или без этих выступов.
Показанный на фиг.12 принцип может быть модифицирован. Например, единственный имеющийся канал для жидкости или несколько каналов для жидкости могут расширить так, что канал или каналы для жидкости образуют весь отсек для экстрагируемого материала. В этом случае канал или каналы для жидкости могут быть заполнены экстрагируемым материалом и проходить через все внутреннее пространство капсулы до верхней стороны. Расположенное на верхней стороне уплотнение могут, например, осуществить в виде уплотнительного выступа, выступающего вверх и внутрь. При соответствующем выборе направителей энергии в альтернативном варианте вставку, образующую канал или каналы для жидкости, могут приварить к наружной стенке капсулы одновременно как на верхней, так и на нижней стороне.
Капсула, показанная на фиг.13, отличается от вышеописанных вариантов внешней формой. Эта капсула имеет форму суживающейся книзу (т.е. по направлению к пустому отсеку) осесимметричной чашки, имеющей кольцевой выступ, выступающий наружу. В зоне кольцевого выступа чашеобразный корпус 11 капсулы сварен с плоской крышкой 12. Вставка 21 имеет соответствующим образом согласованную форму, то есть перегородка 22 имеет форму диска. В остальном, капсула выполнена в соответствии с теми же принципами, что и в случае вышеописанных вариантов осуществления изобретения.
При описании вариантов осуществления изобретения авторы исходили из того, что инжекцию жидкости для заваривания осуществляют со стороны пустого отсека, а вывод - со стороны отсека для экстрагируемого материала. Такая конфигурация весьма предпочтительна, помимо прочего, по той причине, что в этом случае не "расточают" сваренный напиток, остающийся в каналах для жидкости после процесса заваривания, а также потому, что, в этом случае, в районе проходных отверстий не могут возникнуть проблемы, связанные с засорением, так как через эти отверстия пропускают только воду. Тем не менее, может быть предусмотрена противоположная конструкция, в которой жидкость для заваривания вводят прямо в отсек для экстрагируемого материала, а напиток выводят через каналы для жидкости.
На фиг.14 показан заварочный модуль кофеварки. Заварочный модуль может быть выполнен, например, так, как модуль, описанный в международной заявке РСТ/СН №2010/000099 (со средством для сжатия капсулы или без такого средства), содержание которой включено в настоящую заявку посредством ссылки.
В закрытом положении (для большей наглядности на фиг.14 показано незакрытое положение) заварочный модуль образует заварочную камеру, форма и размер которой согласованы с соответствующей капсулой. В соответствии с предлагаемым подходом этот заварочный модуль приспособлен как для капсул с большим объемом наполнения и без разделительного элемента, так и для капсул с уменьшенным объемом наполнения и с разделительным элементом.
Заварочный модуль содержит, известным образом, выпускное устройство 103, направленное между каркасом, содержащим пару вертикальных направляющих стенок, и инжектор 104, которые, например, могут перемещаться относительно друг друга при помощи поворотного рычага управления.
На фиг.14 хорошо видно загрузочное отверстие 107 для ввода в данном случае по существу кубических порционных капсул. Загрузочное отверстие 107 образовано в каркасе, оно находится в районе выпускного устройства 103 и, как и это устройство, при перемещении рычага управления остается неподвижным. Книзу загрузочное отверстие 107 может немного сужаться и образовывать слегка коническую форму, чтобы при вводе капсулы оказывать на нее центрирующее действие, не создавая слишком большой опасности перекашивания капсулы.
Загрузку капсул с разделительным элементом (здесь со вставкой, образующей перегородку) производят так, что та сторона, которая на фиг.1, 4, 6, 8, 11, 12 расположена внизу (соответствующая стороне с пустым отсеком), находится со стороны инжекции, то есть на фиг.14 - справа.
В рабочем состоянии заварочный модуль служит в качестве горизонтального заварочного модуля кофеварки, которая кроме заварочного модуля имеет бак для воды, устройство для нагревания воды (например, прямоточный подогреватель) и насос для подачи воды для заваривания в инжектор 104. Соответствующие подводящие каналы 118 инжектора могут быть выполнены известным образом. Кроме того, инжектор имеет по меньшей мере один прокалывающий заостренный элемент с сопряженным с ним питающим отверстием, так что капсула может прокалываться и снабжаться экстрагирующей жидкостью через питающее отверстие. Кроме того, кофеварка имеет расположенную, например, под заварочной камерой емкость для капсул, в которую капсула после заваривания автоматически выбрасывается в результате приподнятия рычага управления.
Выпускное устройство 103 также имеет по меньшей мере один прокалывающий заостренный элемент 111 и сопряженное с ним выходное отверстие. Кроме того, в зависимости от конфигурации также имеется выпускной трубопровод, при помощи которого кофе (или другой подобный продукт), выходящий из выходного отверстия выпускного устройства 103, направляется так, что он течет в чашку, установленную в предусмотренном для нее месте.
В показанном варианте осуществления изобретения выпускное устройство 103 образует гнездо для капсулы, имеющее опору 121 для опущенной через загрузочное отверстие 107 капсулы, определяющую опорную поверхность 120. Капсула, имеющая приблизительно кубическую форму, опущенная через загрузочное отверстие при открытой заварочной камере, направляется первыми боковыми стенками и прилегает к опоре 121. После этого заварочную камеру закрывают посредством перемещения инжектора в направлении выпускного устройства 103, в результате чего также прокалывают капсулу. В представленном варианте осуществления изобретения прокалывание происходит перед началом процесса заваривания как со стороны инжекции, так и со стороны выпускного устройства 103. Несмотря на это, также вполне возможны варианты, в соответствии с которыми в качестве материала стенки капсулы или ее части используют, например, алюминий или пластмассу, причем надрезание или прокалывание капсулы со стороны выпускного устройства 103 вызывается давлением внутри капсулы в начале процесса заваривания.
На фиг.15 схематично показана система приготовления кофе в соответствии с первым аспектом изобретения. Кроме заварочной камеры 202, например, того типа, который показан на фиг.14, или, например, образованной поршнем и поверхностью для прилегания поршня, кофеварка 201 имеет насос для подачи горячей воды 210, при помощи которого могут подать под давлением горячую воду для заварочной камеры. Блок 205 управления насосом регулирует напор насоса и давление заваривания. В частности, кофеварку могут приспособить для того, чтобы по выбору эксплуатировать ее с более низким напором насоса, часто менее 5 бар, в частности менее 3 бар, например приблизительно 1,5-2 бара ("кофе, сваренный фильтрационным способом") или с более высоким напором насоса по меньшей мере 5 бар, в частности по меньшей мере 8 бар, например от 8 до 20 бар ("эспрессо"). Часто переключение между различными напорами насоса осуществляют вручную. Однако также может иметься устройство, которое регулирует это автоматически, например, на основании особенностей загруженной капсулы. Например, разные капсулы этой системы могут быть снабжены различными маркировками, считываемыми визуально или с применением технологии радиочастотной идентификации (RFID и подобных технологий). Эти маркировки распознаются соответствующим считывающим устройством кофеварки, после чего осуществляется соответствующее регулирование напора насоса.
Кроме того, эта система приготовления кофе имеет порционные капсулы 1,1' для кофе по меньшей мере двух типов. Эти капсулы отличаются по внутреннему объему (объему отсека для экстрагируемого материала), предназначенному для экстрагируемого материала, в то время как наружные размеры капсул, в сущности, идентичны. В частности, капсула 1 первого типа ("капсула для кофе эспрессо") может быть выполнена в соответствии с первым аспектом изобретения, в то время как капсула Г другого типа ("капсула для кофе, сваренного фильтрационным способом") выполнена в соответствии с обычной конструкцией и, таким образом, имеет полностью заполненное внутреннее пространство, или она также может иметь фильтр, установленный внутри капсулы.
В случае системы приготовления кофе, выполненной в соответствии со вторым аспектом изобретения, капсулу того типа, который предназначен для кофе "эспрессо", также могут выполнить не согласно первому аспекту изобретения, а иначе, и, например, отказаться от каналов для жидкости, из-за чего во время процесса заваривания пустой отсек капсулы для кофе "эспрессо" заполнялся бы водой или напитком.
Подход согласно первому или второму аспекту изобретения могут применять для приготовления не кофе, а других напитков, например чая.