КАПСУЛА С УМЕНЬШЕННЫМ ОБРАЗОВАНИЕМ КАПЕЛЬ
CAPSULE WITH REDUCED DROP FORMATION

Настоящее изобретение, в общем, относится к области производства напитков или других жидких пищевых продуктов (супы и т.д.) с использованием капсулы, содержащей ингредиенты.
Когда производящая напиток машина вводит жидкость, такую как, например, вода, во внутреннюю часть капсулы, содержащей ингредиенты, вода взаимодействует с ингредиентами, содержащимися в капсуле. Результатом взаимодействия является напиток или жидкие пищевые продукты, которые могут быть получены из капсулы.
ЕР 1580144 А1 относится к интегрированному картриджу для экстракции напитка, содержащему клапан, который открывается под действием давления. Клапан используется для задержки открывания картриджа. Клапан позволяет повышать давление в картридже, улучшает экстракцию, а также образование пены. Клапан также уменьшает образование капель остатков текучей среды, когда экстракция завершена. Следовательно, клапан имеет различные функции, одной из которых является управление внутренним давлением. Изготовить клапан, который является достаточно надежным и может всегда поддерживать одно и то же давление экстракции, - сложно. Кроме того, капсула должна быть герметично запечатана, и, следовательно, перед началом процесса экстракции она должна быть открыта дополнительным штифтом, например, вручную или введением в приготавливающую напиток машину.
Изобретение устраняет недостатки предшествующего уровня техники, предлагая решение для герметизированной капсулы, которое лучше управляет давлением экстракции и обеспечивает решение проблемы образования капель остатков текучей среды.
Изобретение, в частности, относится к капсулам, в камере которых при их изготовлении герметично запечатываются ингредиенты. Другими словами, открывание ингредиентов для окружающей среды производится только после того, как капсула вставлена в производящую напиток машину, которая обычно имеет средства для перфорирования (прокалывания) впускной грани капсулы, а также средства для впрыскивания воды в капсулу и средства для установки капсулы в определенное положение.
Герметично запечатанная капсула имеет преимущество, поскольку она позволяет избежать преждевременной потери летучих веществ из ингредиентов во время транспортировки или хранения.
В конце процесса производства напитка капсула открыта как с впускной стороны, так и с выпускной стороны. Хотя наибольшая часть жидкости, введенной во внутреннее пространство капсулы, будет слита, после процесса производства напитка в капсуле всегда будет оставаться немного остаточной жидкости.
В частности, когда капсула затем вынимается из производящей напиток машины, возникает проблема воды или напитка, капающего, например, со стороны впуска воды в капсуле. Считается, что этому образованию капель особенно способствует воздух, проникающий в капсулу со стороны выпуска напитка.
Иногда эта проблема даже усугубляется, когда напиток, выходящий со стороны впуска воды, увлекает за собой даже твердые вещества, такие как кофейный порошок. Это может привести к загрязнению элементов производящей напиток машины, что создает проблемы в случае, когда производящая напиток машина используется для различных напитков (например, кофе, чая, сока, молока…).
Изобретение, таким образом, имеет задачу снизить риск выхода из капсулы остаточной жидкостями и/или твердых веществ после завершения процесса производства напитка.
Эта задача решается посредством признаков, изложенных в независимых пунктах формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения развивают основную идею настоящего изобретения.
Согласно первому аспекту предлагается капсула, содержащая ингредиенты для производства напитка или жидкого пищевого продукта. Ингредиенты помещены в камеру. Нижняя грань камеры предназначена для выпускания напитка из камеры ингредиентов под действием нарастания давления внутри камеры ингредиентов. Нижняя грань постоянно открыта под действием повышенного давления в капсуле. Это давление обычно создается впрыскиванием воды в камеру ингредиентов. Кроме того, капсула снабжена клапанным средством, предназначенным для блокирования пути потока от упомянутой грани камеры ингредиентов к отверстию выпуска напитка из капсулы. Средство обеспечивает блокировку потока напитка, когда давление в капсуле в достаточной мере снижено. В результате предотвращается образование капель остаточной жидкости в конце процесса приготовления.
Предусмотрены внутренние перфорирующие средства для открывания нижней грани под действием давления внутри камеры ингредиентов посредством введения нижней грани и перфорирующих средств в контакт друг с другом для прокалывания или иным образом открывания нижней грани. Термин "нижняя грань" следует понимать как грань, которая при ее открытии открывает путь потока к отверстию выпуска напитка из капсулы.
Клапанные средства могут быть выполнены так, чтобы блокировать путь потока, по существу, воздухонепроницаемым образом. Это позволяет уменьшить или, по меньшей мере, затруднить прохождение потока воздуха через капсулу после завершения процесса производства напитка.
Клапанные средства в предпочтительном варианте могут быть расположены ниже по течению от нижней грани. Это позволяет воспрепятствовать потоку текучей среды (по меньшей мере, в одном направлении) между камерой ингредиентов и отверстием выпуска напитка из капсулы.
Клапанные средства выполнены так, чтобы открывать путь потоку только тогда, когда давление внутри камеры ингредиентов выше, чем давление окружающей среды, т.е. как только процесс производства напитка закончен и впрыскивание жидкости в камеру ингредиентов прекращается.
Соответственно, клапанные средства выполнены таким образом, чтобы блокировать путь потока, как только давление внутри камеры ингредиентов не превышает давление окружающей среды.
Капсула может быть снабжена перфорирующим средством в виде пластины с рельефным профилем. Элементы профиля, например штырьки или пирамидки, выполнены таким образом, чтобы обеспечивать открытие примыкающей к ним грани камеры ингредиентов. Клапанные средства расположены по периферии этой пластины. В частности, клапанное средство может составлять единое целое с этой пластиной.
Клапанные средства могут содержать гибкую кромку, расположенную таким образом, чтобы при закрывании входить в контакт со смежной ей стенкой капсулы, а при открывании смещаться под действием давления, так чтобы прекращать контакт со смежной ей стенкой.
Другой аспект настоящего изобретения относится к капсуле, которая предназначена для впрыскивания жидкости в камеру n ингредиентов через отверстие во впускной грани капсулы и для слива напитка из отверстия выпуска напитка из капсулы. Капсула содержит средства для автоматического перекрывания или, по меньшей мере, значительного уменьшения потока воздуха между отверстием выпуска напитка и отверстием во впускной грани капсулы, и наоборот, как только прекращается впрыскивание жидкости в камеру ингредиентов.
Изобретение также относится к капсуле, в которой клапанные средства выполнены таким образом, чтобы механически открываться и закрываться посредством управляющих средств, расположенных снаружи капсулы.
Клапанные средства могут быть выполнены таким образом, чтобы взаимодействовать с внешними управляющими средствами, которые могут представлять собой выступы в несущем элементе для капсулы, входящем в состав производящей напиток машины.
Клапанное средство может быть образовано периферийной уплотняющей поверхностью на входящей в состав капсулы внутренней пластине сложного профиля, которая выводится из зацепления с внутренней стенкой корпуса капсулы в результате действия выступов, деформирующих внутрь наружную стенку капсулы и нажимающих на пластину.
Клапанное средство может открываться в результате сжатия, испытываемого капсулой и несущим элементом для капсулы, когда капсула помещается на несущий элемент для капсулы, и капсула входит в контакт с впрыскивающим средством производящей напиток машины.
Еще один другой аспект настоящего изобретения относится к капсуле, содержащей ингредиенты для производства напитка. Ингредиенты помещены в камеру. Могут быть предусмотрены внутренние открывающие средства для открывания нижней грани камеры ингредиентов посредством воздействия нижней грани на эти открывающие средства, вызываемого давлением внутри камеры ингредиентов. При этом путь потока от нижней грани камеры ингредиентов до отверстия выпуска напитка из капсулы может содержать зигзагообразный отрезок, предназначенный для ослабления скорости напитка, текущего к отверстию выпуска напитка. Термин "зигзагообразный отрезок" относится к участку, который по меньшей мере один раз изменяет направление потока напитка так, что поток напитка сталкивается с неподвижной стенкой, которая ослабляет энергию струи напитка.
Перфорирующие средства могут содержать пластину с рельефным профилем, включающую в себя по меньшей мере один перфорирующий элемент, расположенный таким образом, чтобы входить в зацепление с нижней гранью камеры.
Зигзагообразный отрезок может быть, по меньшей мере, частично сформирован буртиком на наружной стенке оболочки капсулы и участком стенки пластины сложного профиля.
Еще один другой аспект настоящего изобретения относится к капсуле, содержащей ингредиенты для производства напитка. Впускная грань капсулы предназначена для впрыскивания жидкости под давлением через отверстие, имеющееся или создаваемое во впускной грани. Предусматриваются средства для автоматического закрывания этого отверстия после того, как средства впрыскивания жидкости отводятся назад из капсулы и/или как только прекращается впрыскивание жидкости.
Впускная грань капсулы может быть изготовлена из материала, обладающего свойствами самозакрывания ("свойства самовосстановления").
Средства самозакрывания могут быть изготовлены, например, из эластичного материала. Эти средства самозакрывания могут быть изготовлены из кремнийорганического или эластомерного материала, наложенного на внутреннюю сторону и внешнюю сторону впускной грани.
Еще один другой аспект настоящего изобретения относится к капсуле, содержащей ингредиенты для производства напитка. Ингредиенты помещены в камеру. Могут быть предусмотрены внутренние перфорирующие средства, предназначенные для открывания нижней грани камеры ингредиентов посредством воздействия нижней грани на эти внутренние перфорирующие средства, вызываемого давлением внутри камеры ингредиентов. Путь потока от нижней грани камеры ингредиентов до отверстия выпуска напитка из капсулы следует по существу внутренней стороне наружных стенок капсулы. Предусмотрены средства направления потока напитка для того, чтобы напиток покидал отверстие выпуска напитка, по существу, в центре отверстия выпуска напитка.
Средства направления потока могут представлять собой штырек, расположенный в центре отверстия выпуска напитка.
Этот штырек может быть, по меньшей мере, частично сужен к наружной стороне.
Перфорирующее средство может иметь форму пластины сложного профиля, и средства направления потока могут быть составлять единое целое с нижней стороной пластины сложного профиля и выступать с нее.
Еще один другой аспект настоящего изобретения относится к капсуле, содержащей ингредиенты для производства напитка, в которой впускная грань капсулы снабжена интегрированным с ней каналом для жидкости, который приспособлен для того, чтобы соединяться со средствами впрыскивания жидкости производящей напиток машины. Интегрированный канал для жидкости может выступать от впускной грани капсулы.
Другие аспекты, задачи и преимущества настоящего изобретения станут очевидны из нижеследующего описания предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения при рассмотрении его в сочетании с фигурами прилагаемых чертежей.
Фиг.1 показывает вид капсулы в разрезе согласно настоящему изобретению,
фиг.2 показывает вид перфорирующей пластины согласно настоящему изобретению,
фиг.3 показывает нижнюю сторону перфорирующей пластины, показанной на фиг.2,
фиг.4 показывает увеличенный вид перфорирующей пластины и смежных с ней стенок капсулы,
фиг.5 показывает первый вариант реализации для автоматического повторного закрывания впускной грани капсулы после отвода назад средства для впрыскивания воды,
фиг.6 показывает второй вариант реализации для автоматического закрывания перфорирующего средства на впускной грани капсулы,
фиг.7 показывает капсулу с встроенным каналом для впуска воды,
фиг.8 показывает подробно функционирование канала для впуска воды в капсуле согласно фиг.7, и
фиг.9 показывает дополнительный вариант реализации изобретения, иллюстрирующий еще одну возможность механического управления клапанными средствами внутри капсулы посредством управляющего средства, расположенного снаружи капсулы.
Сначала со ссылкой на фиг.1 будет разъяснен общий принцип, использованный в настоящем изобретении.
Фиг.1 показывает капсулу 1, имеющую камеру 3 для ингредиентов, то есть герметизированную камеру 3, которая содержит ингредиенты напитка или жидких пищевых продуктов. Перед использованием капсулы 1 в соответствующей производящей напиток машине камера 3 для ингредиентов герметично запечатана от внешней среды.
Закрепив фольгу, мембрану и т.д. к верхней фланцеобразной выступающей части 8 стенок капсулы, можно, например, воздухонепроницаемым образом запечатать верхнюю поверхность 2. Как будет подробно объяснено далее в отношении фиг.5 и 6, верхние стороны 2 могут быть открыты, например, посредством их перфорирования внешними перфорирующими средствами, которые являются частью производящей напиток машины.
Согласно изобретению выпускная сторона 4 камеры 3 для ингредиентов открывается под действием давления в камере 3, которое выше давления окружающей среды, то есть давления снаружи капсулы 1. Для открытия камеры 3 грань 4 вводится в контакт с открывающими средствами, которые расположены в капсуле 1 (как показано в варианте реализации изобретения, приведенном на фиг.1) или с открывающими средствами, которые являются внешними по отношению к капсуле 1.
В любом случае, при впрыскивании, например, воды в камеру 3 нижняя грань 4 будет все больше взаимодействовать с открывающими средствами до тех пор, пока не будет достигнуто определенное пороговое значение, и нижняя грань 4 не откроется под действием перфорирующих средств 5.
В варианте реализации изобретения, показанном на фиг.1, который служит только в качестве неограничивающего примера, нижняя грань 4 действует на перфорирующие средства 5, которые интегрированы в капсулу 1. В частности, как можно также видеть в подробностях на фиг.2, открывающие средства могут представлять собой пластину 5 с рельефным профилем, такую как, например, пластина 5, имеющая на стороне, расположенной напротив нижней грани 4 камеры 3, выступы, например небольшие пирамиды 9.
Таким образом, при увеличении давления в камере 3 нижняя грань будет, в конечном счете, разорвана под действием пирамид 9 перфорирующей пластины 5.
Показанная перфорирующая пластина выполнена таким образом, чтобы создавать множество отверстий в нижней грани 4, и напиток, являющийся продуктом взаимодействия воды с ингредиентами в камере 3, будет вытекать через эти отверстия в промежутки между боковыми стенками пирамид 9.
Предпочтительно, чтобы перфорирующая пластина 5 не имела никаких отверстий, так, чтобы напиток из камеры 3 был вынужден течь по направлению к периферии 10 перфорирующей пластины 5.
Периферия 10 перфорирующего элемента 5 снабжена небольшими прорезями 11, позволяющими напитку течь к окружной стенке перфорирующей пластины 5. Поток напитка схематично проиллюстрирован на фиг.1 маленькими стрелками.
Когда камера 3 ингредиентов находится под давлением, жидкость будет течь в пространство между перфорирующей пластиной 5 и коническими стенками 6 капсулы 1 по направлению к отверстию 7 выпуска напитка из капсулы. В области конических стенок 6 поток напитка следует по внутренней стороне стенки 6 капсулы.
Могут быть использованы средства для того, чтобы напиток выходил из отверстия 7 равномерно. Эти средства могут, например, представлять собой направляющий штырек 14, расположенный в центре отверстия 7 выпуска напитка. Направляющий штырек 14 может быть выполнен за одно целое с перфорирующей пластиной 5 и выступать вниз от нижней грани перфорирующей пластины 5. Предпочтительно, чтобы направляющий штырек 14 суживался в своей нижней части по направлению наружу. Напиток, поступающий от периферии перфорирующей пластины 5, будет равномерно направляться благодаря взаимодействию отверстия 7 выпуска напитка и направляющего штырька 14 и, в предпочтительном варианте, выходить из капсулы 1 в виде установившегося потока.
Это особенно важно в случае, если используется так называемый принцип "прямотока", согласно которому напиток, выходящий из отверстия 7, течет напрямую в чашку или другую емкость без какого бы то ни было дополнительного направляющего воздействия со стороны частей производящей напиток машины. Поскольку никакого дополнительного направляющего воздействия на поток напитка, выходящего из капсулы 1, нет, то следует обеспечить равномерность истечения, чтобы избежать разбрызгивания напитка в чашку или другую емкость.
Отметим, что согласно принципу "прямотока" капсула (1) не обязательно должна быть расположена в вертикальном положении, как это показано на фиг.1, но может также быть расположена в любом положении, расположенном под углом к вертикали, например, горизонтальном положении. В то время как в положении, которое показано на фиг.1 (вертикальное), напиток будет выходить из отверстия 7 в направлении, совпадающем с осью симметрии капсулы 1, в случае, если капсула 1 расположена в наклонном положении, выпускаемый поток напитка будет направлен под углом к оси симметрии капсулы 1.
В дополнение или в качестве альтернативы направляющему штырьку 14 могут быть приняты дополнительные меры для того, чтобы способствовать равномерному потоку напитка, поступающего из камеры 3. Как показано на фиг.3, нижняя сторона перфорирующей пластины 5 может быть снабжена несколькими кольцами 13, расположенными соосно центру перфорирующей пластины 5, в котором расположен направляющий штырек 14.
Соосные кольца 13 соответственно снабжены множеством углублений 12, при этом углубления 12 соседних колец 13 смещены друг относительно друга в угловом направлении по отношению к центру перфорирующей пластины 5.
Области колец 13 вне углублений 12 могут полностью контактировать с сопряженными стенками 6 капсулы 1 или, по меньшей мере, так, чтобы они препятствовали течению потока напитка.
В любом случае, как показано на фиг.1 и 4, взаимодействие смещенных углублений 12 со стенкой 6 капсулы 1 направит напиток по зигзагообразному пути, при этом стенки, определяющие этот путь, ослабляют энергию струи напитка и способствуют равномерности потока в направлении отверстия 7 выпуска напитка.
Кроме того, в области, окружающей отверстие 7 выпуска напитка, стенки 6 капсулы 1 могут быть снабжены выступающим наружу буртиком 27, который также способствует установившемуся потоку и эффекту ослабления энергии струи напитка.
Как можно видеть на фиг.3 и 4, периферия 10 перфорирующей пластины 5 снабжена гибкой кромкой 15, которая смещена относительно стенки 6 капсулы. В направлении пути потока кромка 15 образует с сопряженной стенкой 6 капсулы 1 острый угол. Пока камера 3 ингредиентов находится под давлением, оно будет нажимать на гибкую кромку 15 внутрь, открывая путь потоку.
Гибкая кромка 15, таким образом, представляет собой один вариант реализации изобретения в части клапанного средства, которое закрывает путь потока от камеры 3 до отверстия 7 выпуска напитка в случае, если камера 3 не находится под давлением. Таким образом, как только впрыскивание воды в камеру 3 прекращается, гибкая кромка 15 будет перекрывать путь потока. Таким образом, любая остающаяся вода в камере 3 или на верхней поверхности перфорирующей пластины более не может подойти к отверстию 7.
Кроме того, клапанные средства, такие как гибкая кромка 15, перекрывают воздушный поток между выходным отверстием 7 и отверстием впрыскивания воды, образованным на впускной стороне 2 капсулы 1. Это дает то преимущество, что, значительно уменьшая воздушный поток через капсулу 1, можно уменьшить количество жидкости или твердых веществ, которые могут выйти из внутренней части капсулы (1), например, через отверстие впрыскивания в верхней поверхности (2) капсулы благодаря недостатку компенсирующего воздуха,
Отметим, что можно использовать много различных конструкций клапана и мест его расположения при условии, что это клапанное средство предназначено для того, чтобы, по меньшей мере, служить препятствием движению через него потока воздуха и/или жидкости между отверстием 7 выпуска напитка и отверстием для впрыскивания воды на верхней поверхности 2, и наоборот.
Фиг.5a-5с, так же как и фиг.6a-6c, показывают альтернативные средства для препятствия жидкости и/или твердым веществам выходить из отверстия 18 в верхней поверхности 2 капсулы 1, которое образуется введением средства 16 впрыскивания воды.
В варианте реализации изобретения, показанном на фиг.5, к верхней и/или нижней стороне верхней поверхности 2 закреплен самовосстанавливающийся материал 17. Как показано на фиг.5a-5c, средство 16 впрыскивания воды проходит через самовосстанавливающийся материал 17, равно как и через фольгу или мембрану верхней поверхности 2. Как только впрыскивание воды завершено, средство 16 впрыскивания воды будет отведено назад (фиг.5c), выходя из отверстия 18 в верхней поверхности 2. Согласно изобретению самовосстанавливающийся материал 17 представляет собой, например, эластомер, кремнийорганический материал и т.д., который способен автоматически "заделывать" отверстие, выполненное средством 16 впрыскивания воды.
Фиг.6a-6c показывают вариант, при котором самовосстанавливающийся материал 19 образует слой, прикрепленный к внутренней стороне верхней поверхности. И здесь как верхняя поверхность 2 материала, так и самовосстанавливающийся материал 19 будут перфорированы перфорирующим средством 16 для впрыскивания воды. Как только средства 16 впрыскивания воды отводятся назад (фиг.6c), самовосстанавливающийся, увеличивающийся в объеме материал 19 заделает отверстие 18, оставленное элементом 16. Самовосстанавливающийся материал 19 может, например, быть выполнен в виде сверхвпитывающего полимера, увеличивающегося в объеме, который может поглотить, например, воду в количестве, в 100 раз превышающем его собственный вес. Слой этого материала 19 может быть выполнен, например, как внутренняя пленка или посредством термоплавления под мембраной, образующей верхнюю поверхность 2. Самовосстанавливающийся материал может, например, впитать воду и затем трансформироваться в гель, который блокирует отверстие 18.
Фиг.7 показывает вариант реализации капсулы 1, которая снабжена собственным каналом 20 впрыскивания воды. Канал 20 впрыскивания воды, будучи герметизированным с помощью средства 21, обращен к верхней поверхности 2 капсулы 1 и является ее частью, а не производящей напиток машины. Как можно видеть, например, на фиг.8b, к каналу 22 капсулы 1 может быть пристыкована герметичным образом трубка 23 впрыскивания воды. Предпочтительно, как в схематическом виде показано на фиг.8b, чтобы канал 22 впрыскивания воды капсулы 1 имел относительно малый диаметр для проявления капиллярного эффекта. Например, если внутренний диаметр канала 22 впрыскивания воды находится между примерно 0,1 и 0,3 мм, будет иметь место капиллярный эффект, который удерживает воду в канале 22 даже после того, как удалена трубка 23, входящая в состав производящего напиток устройства. Вода, остающаяся в форме мениска в канале 22, будет в таком случае представлять барьер для воздуха, что уменьшает утечку остаточной жидкости из капсулы.
Фиг.9 показывает вариант реализации капсулы 1, являющийся примером наличия внешнего управляющего средства для управления клапанным средством внутри капсулы для того, чтобы прекратить поток воздуха и/или жидкости в капсуле, как только впрыскивание воды завершено.
Согласно варианту реализации изобретения, показанного на фиг.9, держатель 24, в который вставлена капсула 1, снабжен двумя бобышками 25, которые прижимаются к стенке капсулы 1 в определенном положении 26, когда капсула 1 вставляется с нажимом в держатель 24. Таким образом, пока капсула 1 упирается в бобышки 25, они вдавливают участок 26 стенок капсулы немного внутрь и, таким образом, немного приподнимают перфорирующий элемент 5 относительно сопряженной стенки капсулы 1.
Предпочтительно, чтобы перфорирующая пластина 5 была снабжена уплотняющим средством, например, гибкой кромкой 15 (см., например, фиг.3 и 4). Следовательно, пока перфорирующая пластина 5 приподнята благодаря зацеплению с бобышками 25 несущего элемента 24, напиток может течь вокруг периферии перфорирующей пластины 5 к отверстию (7) выпуска напитка из капсулы 1. Однако, как только нажим на участки 26 стенок капсулы прекращается, например, когда капсула 1 отделяется от держателя 24, перфорирующая пластина 5 восстановит свое первоначальное положение, при котором она перекрывает поток воздуха и/или жидкости между камерой 3 и отверстием 7 выпуска напитка.