ВКЛАДКА, УСТРОЙСТВО И СИСТЕМА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ НАПИТКОВ
LOADING DEVICE AND SYSTEM OF BEVERAGE PRODUCTION

Настоящее изобретение относится к вкладке, устройству и системе для приготовления напитков.
Известны устройства и системы для приготовления напитков, таких как кофе, чай и шоколад. В типичном случае, в таких системах ингредиенты напитка используют либо россыпью, либо они содержатся в контейнере. Известно использование в некоторых устройствах мягких контейнеров, таких как пакеты из фильтровальной бумаги, содержащие жареный и молотый кофе или листовой чай. Также известно использование в других устройствах контейнеров в форме картриджей, которые могут быть жесткими, полужесткими или мягкими, и которые прокалывают при приготовлении напитка. В обоих случаях устройство для использования с такими контейнерами специально приспособлено для приема контейнера определенной конструкции в заварную головку и для прохождения воды и/или пара через контейнер для приготовления напитка, который затем выдают. Такое устройство для приготовления напитков может использоваться на коммерческом рынке или дома. При использовании в домашних условиях потребители могут не захотеть использовать отдельные устройства при приготовлении напитков с использованием разных контейнеров, содержащих ингредиенты напитков, или, несомненно, россыпные ингредиенты напитков. Таким образом, целью настоящего изобретения является создание вкладки, устройства для приготовления напитков и системы приготовления напитков, которые позволяют пользователям использовать различные упакованные в контейнеры или россыпные ингредиенты в одном устройстве для приготовления напитков. Согласно одному объекту, целью настоящего изобретения является создание вкладки для устройства для приготовления напитков, которая в первую очередь предназначена для использования с жесткими, полужесткими или мягкими картриджами, что допускает выдачу устройством для приготовления напитков с использованием ингредиентов в мягких контейнерах, таких как пакеты из фильтровальной бумаги.
Соответственно настоящее изобретение обеспечивает получение вкладки для использования в устройстве для приготовления напитков типа, содержащего заварную головку, пригодную для приема жесткого или полужесткого картриджа, причем заварная головка содержит направленное вверх входное отверстие для подачи воды в заварную головку, направленное вниз выходное отверстие для выдачи напитка, приготовленного в устройстве, и закрывающий механизм, перемещаемый между открытой и закрытой конфигурациями, причем вкладка содержит емкость и уплотнительное средство, при этом емкость имеет отверстие, через которое при использовании в емкость может быть загружена порция ингредиентов напитка, нижняя часть вкладки содержит входное отверстие и выходное отверстие, при этом при использовании, при установке вкладки в заварную головку устройства для приготовления напитков и перемещении закрывающего механизма в закрытое положение, уплотнительное средство сокращается и может создавать уплотнение относительно заварной головки для, таким образом, закрывания отверстия емкости и образования заварного объема, содержащего порцию ингредиентов напитка, и при установке вкладки в заварную головку входное отверстие и выходное отверстие вкладки располагаются так, что они сообщаются соответственно с входным отверстием и выходным отверстием заварной головки таким образом, что при использовании вода из входного отверстия заварной головки проходит вверх через входное отверстие вкладки в заварной объем и так, что напиток, производимый из воды и порции ингредиентов напитка, проходит вниз через выходное отверстие вкладки и вытекает через выходное отверстие заварной головки.
Предпочтительно, вкладка позволяет выдавать порцию ингредиентов напитка из устройства для приготовления напитков, приспособленного для расположения жестких, полужестких и мягких картриджей, причем ингредиенты напитков необязательно содержатся в картридже.
Порция ингредиентов напитка, загруженных при использовании во вкладку, может быть россыпной. Например, во вкладку может быть загружен жареный и молотый кофе или листовой чай. В этом случае предпочтительно, чтобы вкладка содержала фильтрующее средство между заварным объемом и выходным отверстием вкладки. Это предотвращает выдачу в чашку гущи или листьев. Фильтр может закрывать само выходное отверстие.
Согласно альтернативному объекту, порция ингредиентов напитка, загруженная во вкладку при использовании, может содержаться в контейнере, содержащем фильтрующее средство. Контейнер может быть мягким. Контейнер может быть сформирован, по меньшей мере, частично из фильтровальной бумаги или фильтровальной мембраны. Согласно конкретному объекту, контейнер представляет собой фильтровальный пакет. Предпочтительно, вкладка позволяет выдавать ингредиенты напитка, содержащиеся в фильтровальных пакетах или подобных средствах, без необходимости в точном соответствии размеров пакета размерам заварной головки.
Согласно альтернативному объекту, контейнер представляет собой жесткий или полужесткий картридж. Картридж может иметь любую из полусферической, цилиндрической, круглой или квадратной форм. Вкладка сама может содержать картридж. Это позволяет использовать в устройстве для приготовления напитка картриджи, которые специально не подогнаны по размерам к заварной головке.
Предпочтительно, отверстие емкости направлено вверх.
Уплотнительное средство может быть расположено на верхней части вкладки. Предпочтительно, уплотнительное средство расположено на верхней кромке вкладки. В альтернативном варианте, уплотнительное средство расположено отдельно от емкости. В альтернативном варианте, уплотнительное средство может быть расположено на нижней части вкладки.
Предпочтительно, уплотнительное средство содержит кольцевое уплотнение для создания уплотнения вокруг периферии заварного объема. Уплотнительное средство может содержать уплотнительное кольцо.
Уплотнительное средство может быть сформировано из эластомерного материала.
Емкость может иметь форму чашки. Предпочтительно, чашка обращена вверх, когда она вставлена в заварную головку, но она также может быть расположена так, чтобы чашка была обращена вниз.
Предпочтительно, вкладка жесткая или полужесткая, в результате чего при использовании давление, прилагаемое к вкладке закрывающим механизмом устройства для приготовления напитка при закрывании указанного закрывающего механизма, сжимает вкладку с достаточной силой для создания уплотнительным средством уплотнения относительно заварной головки.
Вкладка может быть уплотнена относительно смотрового окна закрывающего механизма.
Предпочтительно, вкладка жесткая или полужесткая, в результате чего при использовании давление, прилагаемое к вкладке закрывающим механизмом устройства для приготовления напитка при закрывании указанного закрывающего механизма, создает уплотнение между нижней поверхностью вкладки и входным отверстием заварной головки устройства для приготовления напитка. Давление обеспечивает предотвращение протечки между вкладкой и заварной головкой при выдаче.
Вкладка может быть сформирована как единый элемент.
В альтернативном варианте, вкладка может быть сформирована из более, чем одного элемента.
Вкладка может иметь форму диска.
Вкладка может быть сформирована из пластмассы.
Входное отверстие и выходное отверстие вкладки могут находиться в одной плоскости. В альтернативном варианте, входное отверстие и выходное отверстие вкладки не находятся в одной плоскости.
Вкладка может содержать отверстие для приема при установке вкладки в устройство для приготовления напитка окна устройства считывания штрихового кода или устройства радиочастотной идентификации указанного устройства для приготовления напитка.
Отверстие может находиться в одной плоскости с входным отверстием и выходным отверстием вкладки.
Предпочтительно, входное отверстие вкладки расположено на периферии вкладки или вблизи нее, и выходное отверстие вкладки расположено в центре вкладки. Следовательно, при использовании поток через вкладку проходит от входного отверстия к выходному отверстию. Предпочтительно, при использовании поток через вкладку проходит, в целом, в направлении внутрь от входного отверстия к выходному отверстию. Предпочтительно, поток внутрь к центральному выходному отверстию позволяет получить устройство для приготовления напитка особенно компактных размеров.
Вкладка может содержать средство для прикрепления с возможностью поворота вкладки к устройству для приготовления напитка. Предпочтительно, поворотное средство допускает поворот вкладки на крышке закрывающего механизма в горизонтальное положение таким образом, что нижняя поверхность вкладки с уплотнением входит в контакт с входным отверстием заварной головки. Поворотное средство может содержать одну или более ветвей, которые могут прикрепляться к одной или более шарнирных частей заварной головки и поворачиваться вокруг них.
Предпочтительно, вкладка также содержит кодовое средство для управления работой указанного устройства для приготовления напитка. Кодовое средство может содержать штриховой код или средство радиочастотной идентификации.
Вкладка представляет собой вкладку одноразового использования. Входное отверстие и/или выходное отверстие вкладки первоначально может быть закрыто при помощи хрупкой мембраны.
В альтернативном варианте, вкладка может быть повторно используемой. Отверстие емкости может открываться или закрываться при помощи крышки. Крышка может быть плотно или с возможностью скольжения посажена в емкость.
Настоящее изобретение также обеспечивает получение системы приготовления напитка, содержащей устройство для приготовления напитка и вкладку для использования в указанном устройстве, причем указанная вкладка представляет собой описанную выше вкладку. Предпочтительно, устройство для приготовления напитка очень компактно, поскольку входящий поток во вкладку проходит по направлению вверх, и выходящий поток проходит по направлению вниз. Это устраняет необходимость в снабжении верхней части заварной головки каналами для потока воды, напитка или подачи энергии и приводит к уменьшению общей высоты устройства.
Устройство для приготовления напитка, предпочтительно, содержит заварную головку, пригодную для приема жесткого или полужесткого картриджа, причем заварная головка содержит направленное вверх входное отверстие для подачи воды в заварную головку и направленное вниз выходное отверстие для выходящего потока напитка, приготовленного устройством.
Входное отверстие заварной головки может быть расположено на периферии заварной головки или вблизи нее, и выходное отверстие заварной головки может быть расположено в центре заварной головки.
В установленном состоянии вкладки в заварную головку входное отверстие и выходное отверстие вкладки, предпочтительно, находятся на направленном вверх входном отверстии и направленном вниз выходном отверстии заварной головки.
Предпочтительно, заварная головка устройства для приготовления напитка содержит закрывающий механизм, перемещаемый между открытой конфигурацией, в которой вкладка может быть установлена в заварную головку, и закрытой конфигурацией, в которой вкладка сжата закрывающим механизмом с усилием, достаточным для создания уплотнения уплотнительным средством относительно заварной головки для закрывания отверстия емкости.
Предпочтительно, заварная головка устройства для приготовления напитка содержит закрывающий механизм, перемещаемый между открытой конфигурацией, в которой вкладка может быть установлена в заварную головку, и закрытой конфигурацией, в которой вкладка уплотнена относительно входного отверстия заварной головки устройства для приготовления напитка.
Согласно одному объекту, заварная головка содержит неподвижную нижнюю часть и вращающуюся верхнюю часть, причем неподвижная нижняя часть содержит входное отверстие и выходное отверстие заварной головки, при этом верхняя часть может поворачиваться из открытого положения, в котором вкладка может быть установлена между неподвижной нижней частью и поворотной верхней частью.
Вкладка может прикрепляться с возможностью поворота к заварной головке таким образом, что поворот верхней части заварной головки из открытого положения в закрытое вызывает поворот вкладки в контакт с неподвижной нижней частью.
В альтернативном варианте, вкладка может быть расположена непосредственно на неподвижной нижней части заварной головки, когда верхняя часть заварной головки находится в открытом положении. Вкладка может не быть прикрепленной к заварной головке.
Устройство для приготовления напитка может содержать считывающее устройство для считывания штрихового кода или средства радиочастотной идентификации, расположенного на вкладке.
Система может также содержать порцию ингредиентов напитка. Согласно одному объекту, порция ингредиентов напитка содержится в контейнере, содержащем фильтровальное средство. Ингредиенты напитка могут быть выбраны из группы, содержащей жареный и молотый кофе, листовой чай, порошковый кофе, порошковый чай, молочный порошок, смесь кофе со взбитыми сливками, шоколад и жидкий шоколад, кофе, чай и молоко. Контейнер может быть мягким. Контейнер может быть сформирован, по меньшей мере, частично из фильтровальной бумаги или фильтровальной мембраны.
Настоящее изобретение также обеспечивает получение способа выдачи напитка с использованием устройства для приготовления напитка, содержащего заварную головку, пригодную для приема жесткого или полужесткого картриджа, причем заварная головка содержит ориентированное вверх входное отверстие для подачи воды в заварную головку и ориентированное вниз выходное отверстие для выходного потока напитка, приготовленного устройством, причем способ содержит этапы:
открывания закрывающего механизма устройства для приготовления напитка;
установки вкладки в заварную головку, причем вкладка заявлена по любому из п.п.1-40 и содержит порцию ингредиентов напитка;
закрывания закрывающего механизма для сжатия вкладка с достаточной силой таким образом, чтобы уплотнительное средство вкладки было уплотнено относительно заварной головки для закрывания отверстия емкости;
приведения в действие устройства для приготовления напитка для подачи воды вверх через входное отверстие заварной головки через входное отверстие вкладки в заварной объем вкладки;
выдачи напитка, полученного в заварном объеме из воды и ингредиентов напитка, вниз через выходное отверстие вкладки и выходное отверстие заварной головки.
Вкладка, соответствующая настоящему изобретению, может быть загружена одним или более ингредиентами напитка, пригодными для получения питьевого продукта. Питьевой продукт может быть, например, одним из кофе, чая, шоколада или напитка на основе молочного продукта, включая молоко. Ингредиенты напитка могут быть порошкообразными, молотыми, в форме листа или жидкости. Ингредиенты напитка могут быть нерастворимыми или растворимыми. Примеры включают жареный и молотый кофе, листовой чай, порошковый шоколад и суп, жидкие напитки на молочной основе, газированные напитки и концентрированные фруктовые соки.
В нижеследующем описании термины "верхний" и "нижний" и их эквиваленты будут использованы для описания относительного расположения признаков изобретения. Термины "верхний" и "нижний" и их эквиваленты следует понимать как относящиеся к вкладке (или другим компонентам) в ее нормальной ориентации для установки в устройство для приготовления напитка и последующей выдачи продукта. Кроме того, термины "внутренний" и "внешний" и их эквиваленты будут использованы для описания относительного расположения признаков изобретения. Термины "внутренний" и "внешний" и их эквиваленты следует понимать как относящиеся к относительным местоположениям во вкладке (или других компонентах), находящимся, соответственно, ближе или дальше от центральной или главной оси Х вкладки (или другого компонента).
Варианты осуществления настоящего изобретения будут теперь описаны только для примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1а - вид спереди в перспективе устройства для приготовления напитка, соответствующего настоящему изобретению;
фиг.1b - вид спереди в перспективе устройства, показанного на фиг.1а, с заварной головкой в открытом положении;
фиг.2 - вид сзади в перспективе устройства, показанного на фиг.1а, без некоторых частей, исключенных для ясности;
фиг.3 - другой вид сзади в перспективе устройства, показанного на фиг.1а, без некоторых частей, исключенных для ясности;
фиг.4 - вид в перспективе заварной головки устройства, показанного на фиг.1а, без некоторых частей, исключенных для ясности;
фиг.5 - другой вид в перспективе заварной головки устройства, показанного на фиг.1а, без некоторых частей, исключенных для ясности;
фиг.6 - вид сечения заварной головки в закрытом положении;
фиг.7 - вид сечения заварной головки в открытом положении, содержащей картридж;
фиг.8 - схематический вид компоновки устройства, показанного на фиг.1а;
фиг.9а и 9b - схематические виды компоновки первого и второго средств для считывания кода для устройства, показанного на фиг.1а; и
фиг.10 - вид сверху картриджа, соответствующего настоящему изобретению, имеющего штриховой код;
фиг.11 - вид сечения внешнего элемента картриджа, который может использоваться в устройстве для приготовления напитка, соответствующем настоящему изобретению;
фиг.12 - вид сечения детали внешнего элемента, показанного на фиг.11, показывающий направленный внутрь цилиндрический выступ;
фиг.13 - вид сечения детали внешнего элемента, показанного на фиг.11, показывающий паз;
фиг.14 - вид в перспективе сверху внешнего элемента, показанного на фиг.11;
фиг.15 - вид в перспективе сверху внешнего элемента, показанного на фиг.11, с перевернутой ориентацией;
фиг.16 - вид в плане сверху внешнего элемента, показанного на фиг.11;
фиг.17 - вид сечения внутреннего элемента картриджа;
фиг.18 - вид в перспективе сверху внутреннего элемента, показанного на фиг.17;
фиг.19 - вид в перспективе сверху внутреннего элемента, показанного на фиг.17, с перевернутой ориентацией;
фиг.20 - вид в плане сверху внутреннего элемента, показанного на фиг.17;
фиг.21 - вид сечения картриджа в собранном состоянии;
фиг.22 - вид в перспективе сверху вкладки, соответствующей настоящему изобретению;
фиг.23 - вид в перспективе снизу вкладки, показанной на фиг.22; и
фиг.24 - вид сечения заварной головки устройства для приготовления напитка в открытом положении, показанного с размещенной в нем вкладкой, показанной на фиг.22.
Система для приготовления напитка
Устройство 201 для приготовления напитка системы для приготовления напитка, соответствующей настоящему изобретению, показано на фиг.1а-9b. Устройство 201 для приготовления напитка в целом содержит корпус 210, содержащий резервуар 220 для воды, водонагреватель 225, водяной насос 230, воздушный компрессор 235, управляющий процессор, интерфейс 240 пользователя и заварную головку 250. Заварная головка 250, в свою очередь, в целом содержит держатель 251, средство 252 распознавания и входной и выходной пробойники 253, 254.
Устройство 201 для приготовления напитка приспособлено для выдачи ингредиентов напитка из картриджей 1, таких как показанные на фиг.10-21. В частности, заварная головка 250 приспособлена для размещения таких картриджей 1 и правильной выдачи содержащихся в них ингредиентов напитка. Согласно одному объекту настоящего изобретения, применена вкладка, позволяющая также выдавать из заварной головки ингредиенты напитка, которые могут быть россыпными или содержаться в контейнерах, таких как мягкие пакеты. Однако для понимания гибкой работы устройства для приготовления напитка и заварной головки сначала будет описан пример картриджа 1 и его использование в устройстве 201 для приготовления напитка до описания самой вкладки.
Картридж для использования в системе
Как показано на фиг.10-21, картридж 1, в целом, содержит внешний элемент 2, внутренний элемент 3 и ламинат 5. Внешний элемент 2, внутренний элемент 3 и ламинат 5 в собранном состоянии формируют картридж 1, который имеет внутреннее пространство 120 для содержания одного или более ингредиентов напитка, входное отверстие 121, выходное отверстие 122 и канал для потока напитка, соединяющий входное отверстие 121 с выходным отверстием 122 и проходящий через внутреннее пространство 120. Входное отверстие 121 и выходное отверстие 122 первоначально закупорены ламинатом 5 и вскрываются при использовании посредством прокалывания или прорезывания ламината 5. Канал для потока напитка образован пространственным взаимодействием между внешним элементом 2, внутренним элементом 3 и ламинатом 5, как дополнительно описано ниже. При желании в картридж 1 могут входить другие компоненты, такие как фильтр 4, как будет показано ниже.
Картридж 1 особенно приспособлен для использования для выдачи фильтрованных продуктов, таких как жареный и молотый кофе или листовой чай. Однако картридж 1 может использоваться с другими продуктами, такими как шоколад, кофе, чай, заменители сахара, стимулирующие напитки, приправы, алкогольные напитки, ароматизированное молоко, фруктовые соки, фруктовые напитки, соусы и десерты.
Как можно видеть на фиг.15, общая форма картриджа 1 в целом круглая или дискообразная, при этом диаметр картриджа 1 существенно больше его высоты. Главная ось Х проходит через центр внешнего элемента, как показано на фиг.11. В типичном случае, общий диаметр внешнего элемента 2 составляет 74,5 мм ± 6 мм, и общая высота составляет 16 мм ± 3 мм. В типичном случае, объем картриджа 1 в собранном виде составляет 30,2 мл ± 20%.
Внешний элемент 2 в целом содержит чашеобразный корпус 10, имеющий изогнутую кольцевую стенку 13, закрытую верхнюю часть 11 и открытую нижнюю часть 12. Диаметр внешнего элемента 2 меньше в верхней части 11 по сравнению с диаметром в нижней части 12 в результате расширения кольцевой стенки 13 при ее переходе от закрытой верхней части 11 к открытой нижней части 12. Кольцевая стенка 13 и закрытая нижняя часть 12 совместно образуют емкость, имеющую внутреннее пространство 34.
В закрытой верхней части 11 находится полый направленный вниз цилиндрический выступ 18, отцентрированный относительно главной оси Х. Как более ясно показано на фиг.12, цилиндрический выступ 18 содержит ступенчатый профиль, имеющий первую, вторую и третью части 19, 20 и 21. Первая часть 19 имеет правильную круглую цилиндрическую форму. Вторая часть 20 имеет форму усеченного конуса и суживается внутрь. Третья часть 21 имеет форму другого правильного круглого цилиндра и закрыта нижней поверхностью 31. Диаметр первой, второй и третьей частей 19, 20 и 21 ступенчато уменьшается таким образом, что диаметр цилиндрического выступа 18 уменьшается по его протяженности от верхней части 11 до закрытой нижней поверхности 31 цилиндрического выступа 18. На цилиндрическом выступе 18 сформирован в целом горизонтальный уступ 32 в соединении между второй и третьей частями 20 и 21.
На внешнем элементе 2 сформирован отступающий наружу выступ 33, проходящий к нижней части 12. Отступающий наружу выступ 33 формирует вторичную стенку 15, проходящую соосно с кольцевой стенкой 13 таким образом, что образуется кольцевая канавка, формирующая канал 16 между вторичной стенкой 15 и кольцевой стенкой 13. Канал 16 проходит вокруг окружности внешнего элемента 2. В кольцевой стенке 13 выполнено множество прорезей 17 на уровне канала 16 для обеспечения сообщения газа и жидкости между каналом 16 и внутренним пространством 34 внешнего элемента 2. Как показано на фиг.13, прорези представляют собой вертикальные пазы в кольцевой стенке 13. Применяют от 20 до 40 прорезей. В показанном варианте осуществления изобретения применено 37 прорезей, разнесенных в целом равномерно по окружности канала 16. Прорези 17, предпочтительно, имеют длину от 1,4 до 1,8 мм. В типичном случае, длина каждой прорези составляет 1,6 мм, что составляет 10% общей высоты внешнего элемента 2. Ширина каждой прорези составляет от 0,25 до 0,35 мм. В типичном случае, ширина каждой прорези составляет 0,3 мм. Ширина прорезей 17 достаточно мала для предотвращения прохождения сквозь них ингредиентов напитка в канал 16 как при хранении, так и при использовании.
Во внешнем элементе 2 на периферии внешнего элемента 2 сформирована входная камера 26. Применена цилиндрическая стенка 27, наиболее ясно показанная на фиг.15, которая ограничивает входную камеру 26 и отделяет входную камеру 26 от внутреннего пространства 34 внешнего элемента 2. Цилиндрическая стенка 27 имеет закрытую верхнюю поверхность 28, которая сформирована в плоскости, перпендикулярной главной оси Х, и открытый нижний конец 29, находящийся в одной плоскости с нижней частью 12 внешнего элемента 2. Входная камера 26 сообщается с каналом 16 при помощи двух прорезей 30, показанных на фиг.11. В альтернативном варианте, можно применять от одной до четырех прорезей для создания сообщения между каналом 16 и входной камерой 26.
Нижний конец отступающего наружу выступа 33 снабжен отступающим наружу фланцем 35, который отступает перпендикулярно главной оси Х. В типичном случае, фланец 35 имеет ширину от 2 до 4 мм. Часть фланца 35 увеличена для формирования захвата 24, за который можно удерживать внешний элемент 2. Захват 24 снабжен выступающим вверх ребром 25 для облегчения удерживания.
Внешний элемент 2 сформирован как отдельный единый элемент из полиэтилена высокой плотности, полипропилена, полистирола, полиэфира или ламината из двух или более из этих материалов. Пригодными полипропиленами является ряд полимеров, поставляемых DSM UK Limited (Redditch, United Kingdom). Внешний элемент может быть непрозрачным, прозрачным или полупрозрачным. Процесс изготовления может представлять собой инжекционное прессование.
Внутренний элемент 3, как показано на фиг.17-20, содержит кольцевую раму 41 и отступающую вниз цилиндрическую воронку 40. Главная ось Х проходит через центр внутреннего элемента 3, как показано на фиг.17.
Как лучше показано на фиг.18, кольцевая рама 41 содержит внешнее ребро 51 и внутреннюю втулку 52, соединенные десятью равномерно разнесенными радиальными спицами 53. Внутренняя втулка 52 составляет единое целое с цилиндрической воронкой 40 и отступает от нее. Между радиальными спицами 53 в кольцевой раме 41 сформированы фильтровальные прорези 55. Фильтр 4 расположен на кольцевой раме 41 таким образом, что он закрывает фильтровальные прорези 55. Предпочтительно, фильтр выполнен из материала с высокой прочностью во влажном состоянии, например, из нетканого волокнистого материала из полиэфира. Другие материалы, которые можно использовать, включают водонепроницаемый целлюлозный материал, такой как целлюлозный материал, содержащий тканое бумажное волокно. Тканые бумажные волокна могут быть смешаны с волокнами полипропилена поливинилхлорида и/или полиэтилена. Включение этих пластмассовых материалов в целлюлозный материал делает целлюлозный материал термосклеивающимся. Фильтр 4 также может быть обработан или покрыт материалом, который активизируется теплом и/или давлением таким образом, что он может приклеиваться к кольцевой раме 41.
Как показано профилем сечения на фиг.17, внутренняя втулка 52 расположена ниже внешнего ребра 51, в результате чего кольцевая рама 41 имеет наклонный нижний профиль.
Верхняя поверхность каждой спицы 53 снабжена вертикальной перемычкой 54, которая разделяет полое пространство над кольцевой рамой 41 на множество проходов 57. Каждый проход 57 ограничен с обеих сторон перемычкой 54 и с нижней стороны фильтром 4. Проходы 57 проходят от внешнего ребра 51 вниз к цилиндрической воронке 40 и открыты в нее благодаря окнам 56, ограниченным внутренними оконечностями перемычек 54.
Цилиндрическая воронка 40 содержит внешнюю трубку 42, окружающую внутреннюю выпускную горловину 43. Внешняя трубка 42 формирует внешнюю поверхность цилиндрической воронки 40. Выпускная горловина 43 соединена с внешней трубкой 42 верхним концом выпускной горловины 43 при помощи кольцевого фланца 47. Выпускная горловина 43 содержит входное отверстие 45 на верхнем конце, которое сообщается с окнами 56 проходов 57, и выходное отверстие 44 на нижнем конце, через которое приготовленный напиток выдается в чашку или другую емкость. Выпускная горловина 43 содержит часть 48 в форме усеченного конуса на верхнем конце и цилиндрическую часть 58 на нижнем конце. Цилиндрическая часть 58 может иметь небольшую конусность таким образом, что она суживается в направлении выходного отверстия 44. Часть 48 в форме усеченного конуса способствует направлению напитка из проходов 57 вниз к выходному отверстию 44 без придания турбулентности потоку напитка. Верхняя поверхность части 48 в форме усеченного конуса снабжена четырьмя опорными перемычками 49, равномерно разнесенными по окружности цилиндрической воронки 40. Опорные перемычки 49 ограничивают проходящие между ними каналы 50. Верхние кромки опорных перемычек 49 находятся на одном уровне друг с другом и перпендикулярны главной оси Х.
Внутренний элемент 3 может быть сформирован как один единый элемент из полипропилена или подобного материала, как описано выше, и посредством инжекционного прессования также, как и внешний элемент 2.
В альтернативном варианте, внутренний элемент 3 и/или внешний элемент 2 могут быть изготовлены из поддающегося биологическому разложению полимера. Примеры пригодных материалов включают разлагаемый полиэтилен (например, SPITEK, поставляемый Symphony Environmental, Borehamwood, United Kingdom), поддающийся биологическому разложению полиэфирный амид (например, ВАК 1095, поставляемый Symphony Environmental), полимолочные кислоты (PLA, поставляемая Cargil, Minnesota, USA), полимеры на основе крахмала, производные целлюлозы и полипептиды.
Ламинат 5 сформирован из двух слоев, при этом первый слой выполнен из алюминия и второй слой выполнен из литого полипропилена. Слой алюминия имеет толщину от 0,02 до 0,07 мм. Слой литого полипропилена имеет толщину от 0,025 до 0,065 мм. В одном варианте осуществления изобретения слой алюминия имеет толщину 0,06 мм, и слой полипропилена имеет толщину 0,025 мм. Этот ламинат особенно предпочтителен, поскольку он имеет высокую стойкость к скручиванию при сборке. В результате ламинат 5 может быть предварительно нарезан с получением правильного размера и конфигурации и затем перемещен в пункт сборки на производственной линии без его искривлений. В результате ламинат 5 особенно хорошо пригоден для сварки. Можно использовать другие слоистые материалы, включая ламинаты из полиэтилентерефталата/алюминия/полипропилена, полиэтилена/EVOH/полипропилена, полиэтилентерефталата/металлизированного слоя/полипропилена и алюминия/полипропилена. Вместо высеченной заготовки может использоваться прокатанная слоистая заготовка.
Картридж 1 может быть закупорен жесткой или полужесткой крышкой вместо гибкого ламината.
Сборка картриджа 1 включает следующие этапы:
а) внутренний элемент 3 вставляют во внешний элемент 2;
b) фильтр 4 вырезают для получения нужной формы и помещают на внутренний элемент 3 так, чтобы он прошел поверх цилиндрической воронки 40 и был уложен на кольцевую раму 41;
с) внутренний элемент 3, внешний элемент 2 и фильтр 4 соединяют ультразвуковой сваркой;
d) картридж 1 заполняют одним или более ингредиентами напитка;
е) к внешнему элементу 2 прикрепляют ламинат 5.
Эти этапы будут описаны более подробно ниже. Внешний элемент 2 ориентируют так, чтобы его открытая нижняя часть была ориентирована вверх. Внутренний элемент 3 затем вставляют во внешний элемент 2 так, что внешнее ребро 51 вставляется со свободной посадкой в осевой выступ 14 в верхней части 11 картриджа 1. Одновременно цилиндрический выступ 18 внешнего элемента 2 входит в верхнюю часть цилиндрической воронки 40 внутреннего элемента 3. Третья часть 21 цилиндрического выступа 18 устанавливается внутрь цилиндрической воронки 40, при этом закрытая нижняя поверхность 31 цилиндрического выступа 18 упирается в опорные перемычки 49 внутреннего элемента 3. Затем на внутренний элемент 3 помещают фильтр 4 таким образом, что материал фильтра входит в контакт с кольцевым внешним ребром 51. Затем используют процесс ультразвуковой сварки для соединения фильтра 4 с внутренним элементом 3 и, одновременно и в ходе этого же производственного этапа, внутреннего элемента 3 с внешним элементом 2. Внутренний элемент 3 и фильтр 4 сваривают вокруг внешнего ребра 51. Внутренний элемент 3 и внешний элемент 2 соединяют линиями сварки вокруг внешнего ребра 51, а также по верхним кромкам перемычек 54.
Как показано более ясно на фиг.21, внешний элемент 2 и внутренний элемент 3 при их соединении друг с другом образуют полое пространство 130 во внутреннем пространстве 120 под кольцевой рамой 41 и снаружи от цилиндрической воронки 40, которое формирует фильтровальную камеру. Фильтровальная камера 130 и проходы 57 над кольцевой рамой 41 отделены друг от друга фильтровальной бумагой 4.
Фильтровальная камера 130 содержит один или более ингредиентов 200 напитка. Один или более ингредиентов напитка упакованы в фильтровальную камеру 130. Для напитка фильтруемого типа ингредиент, в типичном случае, представляет собой жареный и молотый кофе или листовой чай. Плотность упаковывания ингредиентов напитка в фильтровальную камеру 130 может изменяться как необходимо. В типичном случае, для фильтруемого кофейного продукта фильтровальная камера содержит от 5,0 до 10,2 грамма жареного и молотого кофе в фильтруемом слое типичной толщиной от 5 до 14 мм. В возможном случае, внутреннее пространство 120 может содержать одно или более тел, таких как шарики, которые могут свободно двигаться во внутреннем пространстве 120 для смешивания посредством создания турбулентности и разбивания осадков ингредиентов напитка в ходе выдачи напитка.
Затем к внешнему элементу 2 прикрепляют ламинат 5 посредством формирования сварного шва 126 вокруг периферии ламината 5 для соединения ламината 5 с нижней поверхностью отступающего наружу фланца 35. Сварной шов 126 продолжают для уплотнения ламината 5 относительно цилиндрической стенки 27 входной камеры 26. Кроме того, сварной шов 125 формируют между ламинатом 5 и нижней кромкой внешней трубки 42 цилиндрической воронки 40. Ламинат 5 формирует нижнюю стенку фильтровальной камеры 130, а также запечатывает входную камеру 26 и цилиндрическую воронку 40. Однако до выдачи продукта существует небольшой промежуток между ламинатом 5 и нижней кромкой выпускной горловины 43. Можно использовать различные способы сварки, такие как тепловая и ультразвуковая сварка, в зависимости от характеристик материала ламината 5.
Предпочтительно, внутренний элемент 3 проходит между внешним элементом 2 и ламинатом 5. Внутренний элемент 3 сформирован из материала, обладающего относительной жесткостью, такого как полипропилен. Как таковой, внутренний элемент 3 формирует несущий нагрузку элемент, который действует для поддержания разнесения ламината 5 и внешнего элемента 2, когда картридж 1 сжимают. Предпочтительно, при использовании картридж 1 подвергается сжимающей нагрузке от 130 до 280 Н. Сила сжатия действует для предотвращения выхода картриджа из строя при повышении внутреннего давления, а также служит для прижимания внутреннего элемента 3 и внешнего элемента 2 друг к другу. Это обеспечивает то, что внутренние размеры каналов и прорезей в картридже 1 зафиксированы и не способны изменяться при повышении давления в картридже 1.
Для использования картриджа 1 его сначала вставляют в устройство для приготовления напитка, и входное отверстие 121 и выходное отверстие 122 вскрываются прокалывающими элементами устройства для приготовления напитка, которые пробивают и отгибают ламинат 5. Водная среда, в типичном случае вода под давлением, поступает в картридж 1 через входное отверстие 121 во входную камеру 26 под давлением от 0,1 до 2,0 бар. Оттуда вода направляется через прорези 30 и по каналу 16 и в фильтровальную камеру 130 картриджа 1 через множество прорезей 17. Вода нагнетается радиально внутрь через фильтровальную камеру 130 и смешивается с содержащимися в ней ингредиентами 200 напитка. Одновременно вода нагнетается вверх через ингредиенты напитка. Напиток, формируемый при прохождении воды через ингредиенты напитка, проходит через фильтр 4 и фильтровальные прорези 55 в проходы 57, находящиеся над кольцевой рамой 41. Уплотнение фильтра 4 относительно спиц 53 и сваривание ребра 51 с внешним элементом 2 обеспечивает то, что не существует обходных путей, и весь напиток должен пройти через фильтр 4.
Затем напиток проходит вниз по радиальным проходам 57, сформированным между перемычками 54, и через окна 56 и в цилиндрическую воронку 40. Напиток проходит по каналам 50 между опорными перемычками 47 и вниз по выпускной горловине 43 к выходному отверстию 44, где напиток выпускается в емкость, такую как чашка.
Предпочтительно, устройство для приготовления напитка содержит средство для продувки воздухом, которое продувает сжатый воздух через картридж 1 в конце цикла выдачи для выдувания оставшегося напитка в емкость.
Описанный выше картридж 1 приведен в качестве примера типа картриджа, из которого заварная головка устройства для приготовления напитка может выдавать напиток. Могут использоваться другие картриджи подобного типа для выдачи напитков других типов, например, вспененного молока, кофе эспрессо, шоколада.
Устройство для приготовления напитка
Как показано на фиг.1а, корпус 210 содержит в себе и удерживает на месте другие компоненты устройства 201. Предпочтительно, весь корпус 210 или его часть выполнен из прочного пластмассового материала, такого как ABS. В альтернативном варианте, весь корпус 210 или его часть может быть изготовлен из металлического материала, такого как нержавеющая сталь или алюминий. Предпочтительно, корпус 210 имеет конструкцию типа раковины моллюска, имеющую переднюю половину 211 и заднюю половину 212, которые обеспечивают доступ при сборке для установки компонентов устройства 201 и могут быть после этого соединены друг с другом для образования внутреннего пространства 213 корпуса 210. Задняя половина 212 образует выемку 214 для прикрепления резервуара 220 для воды. Корпус 210 имеет такие средства, как защелки, упоры, приливы и резьбовые части для удерживания компонентов устройства 201 на месте без необходимости в использовании отдельного каркаса. Это снижает общую стоимость и вес устройства 201. Предпочтительно, основание 215 корпуса 210 снабжено ножками для того, чтобы устройство устойчиво на них стояло. В альтернативном варианте, основание 215 само может иметь конфигурацию, образующую устойчивую основу.
Передняя часть 211 корпуса 210 содержит пункт 270 выдачи, где происходит выдача напитка. Пункт 270 выдачи содержит подставку 271 для емкости, имеющую полое внутреннее пространство, формирующее поддон 272 для капель. Верхняя поверхность 273 подставки для емкости снабжена решеткой 274, на которую ставят емкость. Поддон 272 для капель может извлекаться из корпуса 210 для облегчения удаления накопленной воды. В передней половине корпуса 210 над подставкой 271 для емкости сформирована выемка 275, соответствующая размерам емкости.
Как показано на фиг.1а и 1b, в верхней части корпуса 210 над подставкой для емкости расположена заварная головка 250. Предпочтительно, высота расположения решетки 274 относительно заварной головки 250 может регулироваться для приспособления к разным размерам емкости. Предпочтительно, емкость располагается как можно ближе к заварной головке 250, но с возможностью установки емкости в пункт 270 выдачи и извлечения из него таким образом, чтобы минимизировать высоту, с которой выдаваемый напиток должен падать до вхождения в контакт с емкостью. Это позволяет минимизировать разбрызгивание и расплескивание напитка и минимизировать потерю вовлеченных пузырьков воздуха, когда они присутствуют. Предпочтительно, между решеткой 274 и заварной головкой 250 можно вставлять емкости высотой от 70 мм до 110 мм.
На передней стороне корпуса 210 расположен интерфейс 240 пользователя устройства, содержащий кнопку 241 пуска/выключения и множество индикаторов 243-246 состояния.
Предпочтительно, индикаторы 243-246 состояния включают светодиод 243, показывающий готовность устройства 201, светодиод 244, срабатывающий, если в работе устройства 201 произошла ошибка, и один или более светодиодов 245-246, показывающих, работает ли устройство 201 в ручном или автоматическом режиме. Светодиодами 243-246 может осуществляться управление для свечения с постоянной интенсивностью, прерывистого мигания или в обоих режимах в зависимости от состояния устройства 201. Светодиоды 243-246 могут иметь различные цвета, включая зеленый, красный и желтый.
Кнопка 241 пуска/выключения осуществляет управление началом цикла выдачи и представляет собой управляемую вручную нажимную кнопку, переключатель и т.п.
Может применяться средство управления регулированием объема для предоставления пользователю устройства 201 возможности вручную регулировать объем выдаваемого напитка без изменения других рабочих характеристик. Предпочтительно, средство управления регулированием объема обеспечивает регулирование объема в пределах плюс или минус 20%. Средство управления регулированием объема может представлять собой вращающуюся ручку, линейный движок, цифровой индикатор с кнопками приращения и уменьшения или подобное средство. В более типичном случае, объем регулирует пользователь, действующий кнопкой 241 пуска/выключения.
На устройстве 201 может быть применен ручной выключатель электропитания (не показан). В альтернативном варианте, подачей электропитания можно управлять посредством простой вставки вилки электропитания в электросеть или ее извлечения оттуда.
Резервуар 220 для воды расположен на задней стороне корпуса 210 и соединен с задней половиной 212 корпуса 210. Резервуар 220 для воды содержит в целом цилиндрический корпус 221, который может иметь правильную круглую форму или с усечением, как желательно с эстетической точки зрения. Резервуар содержит входное отверстие для заполнения резервуара водой, которое закрывается при использовании удаляемой вручную крышкой 222. На нижнем конце резервуара расположено выходное отверстие, которое сообщается с водяным насосом 230. Резервуар 220 для воды может быть изготовлен из прозрачного или полупрозрачного материала, чтобы потребитель мог видеть количество воды, оставшейся в резервуаре. В альтернативном варианте, резервуар 220 для воды может быть выполнен из непрозрачного материала, но может иметь смотровое окно. Кроме того, или вместо указанного выше, резервуар 220 для воды может быть снабжен датчиком низкого уровня воды, который предотвращает работу водяного насоса 230 и, возможно, включает индикатор предупреждения, такой как светодиод, когда уровень воды в резервуаре снижается до заданного уровня. Резервуар 220 для воды, предпочтительно, имеет внутреннюю емкость, составляющую приблизительно 1,5 литра.
Водяной насос 230 в рабочем положении подключен между резервуаром 220 для воды и водонагревателем 225, как схематически показано на фиг.8, и управление им осуществляет управляющий процессор. Насос обеспечивает максимальный расход воды, составляющий 900 мл/мин при максимальном давлении 2,5 бар. Предпочтительно, при нормальном использовании давление будет ограничено до 2 бар. Расход воды через устройство 201 может регулироваться управляющим процессором в масштабах процентного отношения к максимальному расходу насоса посредством периодического прерывания подачи электроэнергии насосу. Предпочтительно, насос может приводиться в действие с производительностью, составляющей 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% или 100% максимального расчетного расхода. Предпочтительно, точность объема накачиваемой воды составляет + или -5%, что приводит к точности + или -5% конечного объема выданного напитка. Пригодным насосом является насос Evolution (читай документацию) ЕР8, производимый Ulka S.r.l. (Pavia, Italy). Предпочтительно, в линии для жидкости либо перед водяным насосом 230, либо после него установлен объемный расходомер (не показан). Предпочтительно, объемный расходомер представляет собой вращающийся расходомер.
Водонагреватель 225 расположен внутри корпуса 210. Водонагреватель 225 имеет номинальную мощность 1550 Вт и способен нагревать воду, принимаемую от водяного насоса 230, от начальной температуры, составляющей приблизительно 20°С, до рабочей температуры, составляющей около 85°С, за период до 1 минуты. Предпочтительно, время выжидания между концом одного цикла выдачи и моментом способности нагревателя 225 начать следующий цикл выдачи составляет менее 10 секунд. В ходе цикла выдачи нагреватель поддерживает избранную температуру с точностью + или -2°С. Вода для цикла выдачи может подаваться в заварную головку 250 при температуре 83°С или 93°С. Водонагреватель 225 способен быстро доводить температуру подачи до 83°С или 93°С от номинальной температуры воды, составляющей 85°С. Водонагреватель 225 содержит ограничитель перегрева, который выключает нагреватель, если температура превышает 98°С. Выходящий из нагревателя 225 поток воды подается в заварную головку 250 при помощи трехходового клапана. Если давление воды допустимо, вода поступает в картридж 1. Если давление ниже или выше заданных пределов, вода отводится при помощи трехходового клапана в выемку 270 для поддона для капель.
Воздушный компрессор 235 в рабочем положении соединен с заварной головкой 250 при помощи одноходового клапана и управляется управляющим процессором. Воздушный компрессор 235 создает максимальный расход воздуха, составляющий 500 мл/мин при давлении 1,0 бар. При использовании рабочий объем 35 мл сжимается до 2,0 бар. Предпочтительно, воздушный компрессор 235 может производить два расхода: быстрый (или максимальный) расход и медленный расход.
Управляющий процессор устройства 201 для приготовления напитка содержит обрабатывающий модуль и запоминающее устройство. Управляющий процессор в рабочем положении соединен с водонагревателем 225, водяным насосом 230, воздушным компрессором 235 и интерфейсом 240 пользователя.
Запоминающее устройство управляющего процессора включает одну или более переменных для одного или более рабочих параметров для устройства 201 для приготовления напитка. Рабочие параметры представляют собой температуру воды, проходящей через картридж 1 для напитка на рабочем этапе, скорость заправки картриджа 1 для напитка, наличие или отсутствие этапа замачивания, общий выданный объем напитка, расход воды на этапе выдачи и расход и период на этапе продувки.
Переменные для рабочих параметров хранятся в запоминающем устройстве. Картридж 1 содержит код, находящийся на картридже 1 или в нем, представляющий рабочие параметры, требуемые для оптимальной выдачи напитка из этого картриджа 1. Код имеет двоичный формат и содержит множество информационных разрядов, соответствующих переменным, хранящимся в запоминающем устройстве управляющего процессора.
Заварная головка 250 показана на фиг.4-7. Держатель 251 заварной головки 250 содержит неподвижную нижнюю часть 255, поворотную верхнюю часть 256 и шарнирный держатель 257 картриджа, расположенный между неподвижной нижней частью 255 и поворотной верхней частью 256. Верхняя часть 256, нижняя часть 255 и держатель 257 картриджа поворачиваются вокруг общей оси 258 шарнира. На фиг.4-7 показан держатель 251 без некоторых компонентов устройства 201, удаленных для ясности.
Поворотная верхняя часть 256 и шарнирный держатель 257 картриджа перемещаются относительно неподвижной нижней части 255 при помощи зажимного механизма 280. Зажимной механизм 280 содержит зажимной рычаг, имеющий первый и второй элементы или части 281 и 282. Первая часть 281 зажимного рычага содержит U-образный рычаг, который шарнирно установлен на верхнюю часть 256 в двух первых точках 283 поворота на каждой стороне держателя 251.
Вторая часть зажимного рычага содержит две ветви 282 со смещающимся центром, по одной на каждой стороне держателя 251, каждая из которых шарнирно установлена на верхней части 256 в точке 285 поворота, расположенной на оси 258 шарнира, соединяющей верхнюю часть 256 с неподвижной нижней частью 255. Каждая ветвь 282 со смещающимся центром представляет собой возвратно-поступательный элемент, содержащий цилиндр 282а, шток 282b и упругую гильзу 282с. Цилиндр 282а имеет внутренний канал и с возможностью поворота установлен одним концом на оси 258 шарнира. Первый конец штока 282b с возможностью скольжения вставлен в канал цилиндра 282а. Противоположный конец штока 282b с возможностью поворота соединен с U-образным рычагом в третьей точке 286 поворота. Третьи точки 286 поворота не соединены с верхней частью 256 и с нижней частью 255 и могут свободно двигаться относительно них. Упругая гильза 282с установлена снаружи на шток 282b и проходит при использовании между упорными поверхностями цилиндра 282а и штока 282b. Упругая гильза 282с принимает укорочение ветви 282 со смещающимся центром, но подпружинивает ветвь 282 со смещающимся центром в выдвинутую конфигурацию. Движение третьих точек 286 поворота к оси 258 шарнира и от нее, таким образом, возможно благодаря относительному движению штоков 282b в цилиндрах 282а. Предпочтительно, упругие гильзы 282с сформированы из силикона. Хотя в показанном варианте осуществления изобретения использованы две ветви 282 со смещающимся центром, будет понятно, что закрывающий механизм может иметь только одну ветвь 282 со смещающимся центром.
U-образный рычаг 281 проходит вокруг передней части держателя 251 и содержит два отступающих вниз крюковых элемента 287, по одному на каждой стороне держателя 251, причем каждый содержит кулачковую поверхность 288, обращенную к оси 258 шарнира. Неподвижная нижняя часть 255 держателя 251 снабжена двумя приливами 259 или стопорами, расположенными по одному на каждой стороне нижней части 255 на ее передней кромке 260 или вблизи нее и выровненными в целом с крюковыми элементами 287.
Как показано на фиг.4, U-образный рычаг 281 может быть сформирован как единый формованный пластмассовый элемент, содержащий эргономический захват для руки и крюковые элементы 287, составляющие единое целое с рычагом.
Держатель 257 картриджа установлен с возможностью поворота между верхней и нижней частями 255, 256 держателя 251. Держатель 257 снабжен по существу круглой выемкой 290, которая при использовании принимает картридж 1 для напитка. Выемка 290 включает неровность 291 для расположения захватываемой части 24 картриджа 1 для напитка, которая также действует для предотвращения поворота картриджа 1 для напитка в держателе 251. Держатель 257 картриджа подпружинен относительно неподвижной нижней части 255 таким образом, что в открытом положении, показанном на фиг.7, держатель 257 картриджа подпружинен для выведения из контакта с неподвижной нижней частью 255 так, что держатель 257 картриджа выходит из контакта с выходным и входным прокалывающими элементами 254, 253. Держатель 257 картриджа снабжен вырезом 292 для приема в него входного и выходного пробойников 253, 254 и головки 300 средства 252 идентификации картриджа, когда держатель 257 картриджа перемещен в закрытое положение.
Верхняя часть 256 содержит в целом круглый корпус 310, имеющий круглое смотровое окно 312, через которое потребитель может видеть картридж 1 для напитка в ходе цикла выдачи, а также визуально убеждаться в том, что картридж 1 загружен в устройство 201. Смотровое окно 312 имеет форму чашки, имеющей направленный вниз край 311. Смотровое окно 312 может перемещаться в осевом направлении относительно корпуса 310 верхней части 256. Одним вариантом обеспечения относительного движения является применение волнистой пружины (не показана) или подобного упругого средства, такого как обрезиненное кольцо, расположенное между смотровым окном 312 и круглым корпусом 310. В альтернативном варианте, между смотровым окном 312 и корпусом 310 расположена серия спиральных пружин сжатия (не показаны). В обоих случаях упругое средство обеспечивает небольшое осевое движение смотрового окна 312 относительно круглого корпуса 310.
Когда держатель 251 находится в закрытом положении, смотровое окно 312 упирается в картридж 1 для напитка, прижимая его к нижней части 255. В одном варианте край 311 смотрового окна 312 входит в контакт с фланцем 35 картриджа для напитка и упирается в него. Одновременно окно 312 входит в контакт с закрытым верхним концом 11 картриджа 1. В альтернативном варианте, только смотровое окно 312 входит в контакт с закрытым верхним концом 11 картриджа 1, и опорного контакта между краем 311 и фланцем 35 не существует. Давление, прилагаемое краем 311 к фланцу 35 и/или окном 312 к закрытому верхнему концу 11, обеспечивает непроницаемое для жидкости уплотнение между картриджем 1 и держателем 251.
Нижняя часть 255 содержит входной и выходной пробойники 253, 254 и головку 300 средства 252 идентификации картриджа 1. Входной пробойник 253 содержит полую иглообразную трубку 260, имеющую заостренный конец 261 для прокалывания ламината 5 картриджа 1 для напитка при использовании. Входной пробойник 253 сообщается по жидкости с каналом 262 для воды, показанным на фиг.7, который проходит через нижнюю часть 255 и соединяется с выходным каналом 263 водонагревателя 225. Выходной пробойник 254 подобен по типу выходному пробойнику, описанному в патентах Европы ЕР 0389141 и ЕР 0334572, и содержит цилиндр 264 с открытым концом круглого или D-образного сечения, имеющий большие размеры, чем выпускная горловина 43. Дугообразная часть 265 верхнего конца выходного пробойника 254 зазубрена для прокалывания и, в конечном итоге, прорезывания ламината картриджа 1 для напитка. Остальная часть верхнего конца срезана в продольном направлении цилиндра, по меньшей мере, до основания зубцов 266 зазубренной части для загибания или оттягивания отрезанного ламината 5 от выходного отверстия перед тем, как через него будет выдаваться напиток. Выходной пробойник 254 прокалывает ламинат 5 снаружи от выпускной горловины 43, и когда держатель 257 картриджа находится в закрытом положении, находится в кольцевом пространстве между выпускной горловиной 43 и внешней стенкой 42 выпускной воронки 40. Выходной пробойник 254 отгибает отрезанный ламинат 105 в кольцевое пространство. Таким образом, и выходной пробойник 254, и отрезанный ламинат 105 удерживаются в стороне от выпускаемого напитка.
Выходной пробойник 254 окружен уступом 254а, который приподнят относительно его окружения на 0,5 мм.
Предпочтительно, выходной пробойник 254 может извлекаться из нижней части 255 для надлежащей его очистки, например, в посудомоечной машине. Извлекаемый выходной пробойник 254 входит в выемку 267 в нижней части 255, куда он установлен. Входной пробойник 253 и/или выходной пробойник 254 могут быть выполнены из металла, такого как нержавеющая сталь, или из пластмассового материала. Предпочтительно, использование пластмассовых прокалывающих элементов допускается при использовании ламината 5, который может быть проколот и разрезан неметаллическим материалом. Следовательно, пробойники 253, 254 могут быть выполнены менее острыми, что снижает риск ранения потребителя. Кроме того, пластмассовые прокалывающие элементы не подвержены коррозии. Предпочтительно, входной пробойник 253 и выходной пробойник 254 формируют как единый цельный узел, который можно извлекать из нижней части 255.
При использовании верхняя часть 256 держателя 251 может перемещаться из открытого положения, в котором она ориентирована вертикально или почти вертикально, как показано на фиг.1b, в закрытое положение, в котором она ориентирована по существу горизонтально и входит в контакт с неподвижной нижней частью 255 и держателем 257 картриджа. Верхняя часть 256 перемещается из открытого в закрытое положение действием зажимного рычага. Для закрывания верхней части 256 пользователь захватывает зажимной рычаг при помощи U-образного рычага 281 и тянет его вниз. В результате, верхняя часть 256 поворачивается, что сначала вводит край смотрового окна 312 в контакт с фланцем 35 картриджа 1 для напитка в держателе 257 картриджа и/или само окно 312 в контакт с закрытым верхним концом 11 картриджа 1. Продолжение поворота верхней части 256 вызывает поворот верхней части и держателя 257 картриджа вниз, в контакт с нижней частью 255. Дальнейший поворот U-образного рычага 281 вызывает поворот U-образного рычага 281 относительно верхней части 256 и нижней части 255, в результате чего крюковые элементы 287 верхней части 256 входят в зацепление с приливами 259 нижней части 255, при этом кулачковая поверхность 288 проходит по приливам 259. В ходе этого последнего этапа поворота картридж 1 сжимается между держателем 257 картриджа и смотровым окном 312. В результате, смотровое окно 312 перемещается в осевом направлении относительно круглого корпуса 310 верхней части 256 с противодействием нагрузке от волнистой пружины или спиральных пружин. Это перемещение позволяет выбрать допуски в картридже 1 для напитка и в устройстве для приготовления напитка и обеспечивает то, что величина сжимающего усилия, прилагаемого к картриджу, остается в допустимых пределах. Усилие зажима механизмом, смягчаемое действием волнистой пружины или спиральными пружинами, обеспечивает воздействие на картридж зажимающего давления. В отношении устройства, в котором опорное давление прилагается и к фланцу 35, и к закрытому верхнему концу 11 картриджа 1, было обнаружено, что требуется давление от 130 до 280 Н. Предпочтительно, сила составляет приблизительно 200 Н. Сила, составляющая меньше, чем около 130 Н, не обеспечивает адекватного уплотнения, тогда как сила больше, чем около 280 Н, приводит к повреждению пластмассы компонентов картриджа 1. В отношении устройства, где опорное давление прилагается только к закрытому верхнему концу 11 картриджа 1, было обнаружено, что требуется давление от 50 Н до 280 Н. Следует отметить, что для этого устройства возможен более низкий уровень давления без вредного влияния на уплотнение картриджа 1. При закрывании заварной головки ламинат 5 картриджа 1 натягивается при введении в контакт с уступом 254а, окружающим выходной пробойник 254, что вызывает выгибание ламината 5 из плоскости, когда дистальный конец внешней трубки 42 цилиндрической воронки перемещается вверх на 0,5 мм относительно фланца 35. Это движение также обеспечивает то, что большая часть сжимающей силы, прилагаемой к картриджу, действует через центральный район картриджа 1 через несущий внутренний элемент 3. В закрытом положении картридж 1, таким образом, может быть зажат по фланцу 35 при помощи края 311 смотрового окна 312 и всегда прочно зажат между закрытым верхним концом 11 картриджа и внешней трубкой 42 внутреннего элемента 3 благодаря контакту со смотровым окном 312 и уступом 254а. Эти усилия зажима способствуют предотвращению повреждения картриджа 1 при повышении давления, а также обеспечивают то, что внутренний элемент 3 и внешний элемент 2 полностью посажены относительно друг друга, и, таким образом, все внутренние каналы и вырезы сохраняют их расчетные размеры, даже при повышении внутреннего давления.
Можно провести воображаемую исходную линию между первой и второй точками 283, 285 поворота держателя 251. Как можно видеть на фиг.7, в открытом положении третьи точки 286 поворота находятся в стороне от исходной линии, ближе к неподвижной нижней части 255. Когда верхняя часть 256 достигает закрытого положения, третьи точки 286 поворота зажимного рычага переходят через исходную линию, соединяющую первую и вторую точки 283, 285 поворота, на противоположную сторону от линии, в положении наибольшего удаления от неподвижной нижней части 255. Таким образом, U-образный рычаг 281 "перещелкивается" из первого устойчивого положения во второе устойчивое положение. Перещелкивающее действие обеспечивается благодаря укорочению ветвей 282 со смещающимся центром и соответствующему сжатию упругих гильз 282с. Когда третьи точки 286 поворота переходят воображаемую исходную линию, восстановление исходного состояния упругих гильз 282с вызывает продолжение движения третьих точек 286 поворота от воображаемой исходной линии. Таким образом, зажимной рычаг работает с двумя устойчивыми состояниями, то есть рычаг устойчив в открытом или закрытом положениях, но неустойчив в точке, в которой третьи точки 286 поворота находятся на воображаемой исходной линии, соединяющей первую и вторую точки 283, 285 поворота. Таким образом, перещелкивающее действие зажимного рычага обеспечивает получение четко действующего закрывающего механизма, который совершает четкое закрывающее действие, при этом на конечных этапах поворота зажимного рычага перещелкивающее действие U-образного рычага 281 и вторых рычагов 284 вводит крюковые элементы 287 в прочное зацепление с приливами 259. Кроме того, упругие гильзы 282с создают сопротивление повторному открыванию верхней части 256, поскольку требуется минимальное усилие для сжатия гильз 282с в достаточной степени для перемещения третьих точек 286 поворота в линию с исходной линией, соединяющей первую и вторую точки 283, 285 поворота. Предпочтительно, взаимное зацепление крюковых элементов 287 и приливов 259 предотвращает разделение верхней и нижней частей другим образом, отличающимся от поворота зажимного рычага. Это полезно для предотвращения открывания заварной головки 250 в ходе работы, когда заварная головка 250 испытывает повышение внутреннего давления.
Назначением средства 252 распознавания является создание возможности для устройства 201 распознавать тип установленного картриджа 1 для напитка и соответственно корректировать один или более рабочих параметров. В типичном варианте осуществления изобретения средство 252 распознавания содержит оптическое устройство считывания штрихового кода, которое считывает отпечатанный штриховой код 320, находящийся на ламинате 5 картриджа 1 для напитка, как показано на фиг.10. Штриховой код 320 сформирован множеством штрихов контрастного цвета. Предпочтительно, штрихи имеют черный цвет на белом фоне для максимизации контраста. Штриховой код 320 необязательно должен соответствовать опубликованному стандарту, но могут использоваться стандартные форматы для штриховых кодов, такие как EAN-13, UPC-A или Interleaf 2 или 5. Оптическое устройство считывания штрихового кода содержит один или более светодиодов 321 для освещения штрихового кода 320, фокусирующую линзу 322 для получения изображения штрихового кода, прибор 323 с зарядовой связью для создания электрического сигнала, представляющего полученное изображение, и вспомогательные схемы для светодиодов и прибора с зарядовой связью. Пространство в нижней части для размещения устройства считывания штрихового кода ограничено. Можно использовать зеркало или зеркала 324 для отражения света от светодиодов 321 на фокусирующую линзу, которая расположена не в нижней части 255. Схематические компоновки показаны на фиг.9а и 9b. Нижняя часть 255 содержит отверстие 326, имеющее такие же размеры, как и штриховой код 320 на картридже 1 для напитка. Отверстие 326 закрыто окном, предпочтительно, стеклянным, которое может проводить сигналы, выдаваемые устройством считывания штрихового кода. При использовании, выдаваемые электрические сигналы декодируются программным обеспечением обработки сигналов, и результаты передаются в управляющий процессор. Программное обеспечение может определять, содержит ли ошибки информация считывания штрихового кода. Штриховой код 320 может повторно сканироваться несколько раз до того, как сообщение об ошибке будет передано пользователю. Если устройство 201 не способно считать штриховой код, потребитель может использовать картридж 1 для напитка для выдачи напитка с использованием ручного режима работы. В альтернативном варианте, устройство может содержать средство радиочастотной идентификации для считывания кода радиочастотной идентификации на картридже 1.
Заварная головка 250 может также включать датчик обнаружения картриджа для определения того, присутствует ли картридж в держателе 251.
Заварная головка 250 может также включать датчик определения запирания, который определяет, закрыт ли держатель 251 надлежащим образом. Предпочтительно, датчик определения запирания содержит микропереключатель, который включается, когда держатель 251 закрыт и заперт. Предпочтительно, датчик обнаружения картриджа и датчик определения запирания подключены последовательно таким образом, что выходные сигналы обоих датчиков должны быть удовлетворительными, то есть картридж присутствует и механизм заперт, до того, как может начаться цикл выдачи.
Работа устройства 201 содержит установку картриджа 1 для напитка в заварную головку 250, выполнение цикла выдачи, в ходе которого выдается напиток, и извлечение картриджа 1 из устройства.
Рабочее состояние устройства 201 определяется программным обеспечением, заложенным в управляющий процессор.
Для установки картриджа 1 держатель 251 открывают, как описано выше, для получения доступа к держателю 257 картриджа. Затем картридж 1 помещают на держатель 257 картриджа в выемке 290 таким образом, чтобы захват 24 картриджа находился в неровности 291. Оптический или магнитный штриховой код 320 картриджа 1 ориентирован так, что он находится непосредственно над отверстием 326 в держателе 257 картриджа. Затем держатель 251 закрывают действием зажимного рычага, как описано выше. При закрывании входной и выходной пробойники 253, 254 прокалывают ламинат 5 картриджа 1 для формирования входного отверстия 121 и выходного отверстия 122 картриджа. Как описано выше, ламинат 5, отрезанный выходным пробойником 254, отгибается в кольцевое пространство, окружающее выпускную горловину 43. Когда он закрыт, держатель 251 захватывает картридж 1 за фланец 35 между держателем 257 картриджа и верхней частью 256 и/или между краем 311 окна 312 и верхним концом 11 картриджа 1 для формирования непроницаемого для жидкости уплотнения достаточной целостности, чтобы оно выдерживало давления, создаваемые в ходе цикла выдачи.
Для начала рабочего цикла потребитель действует кнопкой 241 пуска/выключения.
Рабочий цикл содержит этапы распознавания картриджа и цикл выдачи.
Распознавание картриджа осуществляется оптическим средством 252 распознавания, как описано выше, при условии, что выходные сигналы датчика обнаружения картриджа и датчика определения запирания удовлетворительны. Когда штриховой код декодирован, управляющий процессор корректирует рабочие параметры устройства 201. Затем автоматически начинается цикл выдачи.
Цикл выдачи включает четыре основных этапа, причем не все из них используются для всех типов напитков:
(I) предварительное увлажнение;
(II) пауза;
(III) заваривание/смешивание;
(IV) продувка.
На этапе предварительного увлажнения картридж 1 заправляется водой из водяного резервуара 220 при помощи водяного насоса 230. Заправка приводит к увлажнению ингредиентов 200 напитка в фильтровальной камере 130. Заправка может осуществляться с "быстрым" расходом, составляющим 600 мл/мин, или с "медленным" расходом, составляющим 325 мл/мин. Медленный расход особенно пригоден для картриджей, содержащих вязкие ингредиенты жидкого напитка, когда ингредиенты требуют определенного растворения до того, как они могут быть перекачены с более высоким расходом. Объем воды, нагнетаемой в картридж 1, выбирают так, чтобы вода или напиток не капал из выходного отверстия 122 картриджа в ходе этого этапа.
Этап паузы позволяет замачивать ингредиенты 200 напитка в воде, заправленной в ходе этапа предварительного увлажнения, в течение заданного периода времени. Как известно, этап предварительного увлажнения и этап замачивания увеличивают количество извлекаемых из ингредиентов 200 напитка веществ и улучшают конечный вкус напитка. В частности, предварительное увлажнение и замачивание используют, когда ингредиентом напитка является жареный и молотый кофе.
На этапе заваривания/смешивания через картридж 1 проходит вода для получения напитка из ингредиентов 200 напитка. Температуру воды задает управляющий процессор, который выдает команды для водонагревателя 225 для нагрева воды, проходящей из водяного резервуара 220 в заварную головку 250. Вода поступает в нижнюю часть 255 держателя 251 по каналу 262 через входной клапан и входной пробойник 253 во входную камеру 26 картриджа 1 для напитка. Заваривание и/или смешивание и последующая выдача напитка из картриджа 1 для напитка осуществляются, как описано выше, со ссылками на варианты картриджа 1 для напитка.
Продувка воздухом содержит продувку сжатого воздуха через устройство для приготовления напитка и картридж 1 для напитка для обеспечения того, что весь напиток будет выдан, и того, что проход для потока будет очищен и готов для выдачи другого напитка. Продувка воздухом не начинается немедленно по прекращении этапа заваривания/смешивания для предоставления возможности большей части жидкости освободить проход для потока. Это предотвращает недопустимый скачок внутреннего давления при начале продувки воздухом.
При нормальной работе пользователь вручную выключает устройство 201, действуя кнопкой 241 пуска/выключения.
Когда рабочий цикл завершен, пользователь извлекает картридж 1 посредством открывания держателя 251 и извлечения вручную и удаления картриджа. В альтернативном варианте, устройство 201 может быть снабжено автоматическим выбрасывающим механизмом для автоматического извлечения картриджа при открывании держателя 251.
Вкладка для использования в системе
Вкладка 400, соответствующая объекту настоящего изобретения, для использования в описанном выше устройстве для приготовления напитка показана на фиг.22-24.
Вкладка 400 в целом имеет форму описанного выше держателя 257. Однако вкладка 400 снабжена вертикальным цилиндрическим выступом 401, ограничивающим выемку, в которую при использовании может быть загружено определенное количество ингредиентов. В верхний край выступа 401 вставлено или прикреплено к нему уплотнительное средство в форме обрезиненного или эластомерного кольца 403. Уплотнительное кольцо 403 может быть съемным или постоянно прикрепленным к выступу 401. В альтернативном варианте, уплотнительное кольцо 403 может быть прикреплено к заварной головке, например к смотровому окну 312.
Как и в случае с держателем 257, вкладка 400 содержит две отступающие от нее ветви 407, имеющие С-образные защелкивающиеся средства 406 на их дистальных концах для прикрепления к оси шарнира устройства 201 для приготовления напитка таким же образом, как описано выше, относительно прикрепления держателя 257 устройства 201 для приготовления напитка. Вкладка 400 снабжена входным отверстием 405 вблизи периферии выемки, ограниченной выступом 401, и выходным отверстием 404 в центре выемки. На фиг.23 показан вид снизу вкладки 400. Как показано, входное отверстие 405 может быть окружено вогнутой выемкой. В альтернативном варианте, входное отверстие 405 может быть простым отверстием в плоской поверхности. Нижняя поверхность 417 вкладки 400 также снабжена выемкой 415 для приема штрихового кода или радиочастотного идентификатора для считывания устройством считывания штрихового кода или радиочастотной идентификации устройства 201 для приготовления напитка таким же образом, как считывается штриховой код или радиочастотный идентификатор описанного выше картриджа 1. В альтернативном варианте, штриховой код или радиочастотный идентификатор может быть нанесен непосредственно на нижнюю поверхность 417 вкладки 400 без необходимости в выемке 415.
Выходное отверстие 404 вкладки 400 снабжено отступающим вниз цилиндрическим выступом 410, который, как показано на фиг.24, располагается на закрывающем средстве заварной головки при удалении съемных входного и выходного пробойников 253, 254.
При использовании вкладка 400 совместно с заварной головкой 250 образуют заварной объем, при этом впуск обеспечивается входным отверстием 405 вкладки 400, и выпуск обеспечивается выходным отверстием 404 вкладки 400. Будет понятно, что впуск в заварной объем направлен вверх, и выпуск из заварного объема направлен вниз.
Когда закрывающий механизм устройства закрыт, уплотнительное кольцо 403 создает периферийное уплотнение, окружающее заварной объем для предотвращения протечки жидкости из выемки.
Как показано на фиг.24, вкладка 400 может быть вставлена в устройство для приготовления напитка типа, описанного выше, вместо поворотного держателя 257 и съемных входного и выходного пробойников 253, 254. Как и с держателем 257, вкладка 400 может поворачиваться вокруг оси шарнира устройства для приготовления напитка.
При использовании порцию ингредиентов напитка загружают в заварной объем, образованный вкладкой 400 посредством помещения ингредиентов напитка в выемку, образованную выступом 401. Эта операция загрузки может осуществляться перед прикреплением с возможностью отсоединения вкладки 400 к устройству для приготовления напитка или после этого. Предпочтительно, вкладка 400 остается прикрепленной к устройству 201 для приготовления напитка, и пользователь загружает порцию ингредиентов напитка в выемку.
Работа закрывающего механизма устройства для приготовления напитка аналогична описанной выше. В частности, следует отметить, что при закрывании закрывающего механизма заварная головка прилагает направленное вниз давление к уплотнительному кольцу 403 и к верхнему краю выступа 401 выемки для уплотнения вкладки относительно заварной головки. Давление может прилагаться к краю 311 верхней частью смотрового окна 312 или отступающим вниз краем смотрового окна в зависимости от конструкции и размеров выступа 401. Кроме того, направленное вниз давление, прилагаемое закрывающим механизмом устройства для приготовления напитка, уплотняет нижнюю поверхность 417 вкладки 400 относительно неподвижной нижней части 255 заварной головки, обеспечивая уплотнение между входным отверстием 405 вкладки 400 и направленным вверх входным отверстием заварной головки для обеспечения того, чтобы вода не протекала при выдаче в этом пункте. Предпочтительно, нижняя часть 255 заварной головки 250 на впуске снабжена обрезиненным уплотнением 420, которое немного выступает от плоскости нижней части 255 для создания улучшенного уплотнения между направленным вверх впускным отверстием и вкладкой 400.
Порция ингредиентов напитка, загруженная в заварной объем вкладки 400, может быть россыпной или может содержаться в контейнере, таком как фильтровальный пакет, изготовленный из фильтровальной бумаги. Использование фильтровального пакета дает преимущество, состоящее в том, что загрузка ингредиентов напитка очень быстра, и удаление ингредиентов напитка после выдачи напитка становится легче.
При выдаче устройство для приготовления напитка нагнетает воду вверх в заварной объем из направленного вверх входного отверстия заварной головки 250. Вода смешивается с порцией ингредиентов напитка, содержащихся в заварном объеме, и полученный в результате напиток выдается вниз через выходное отверстие 404 в емкость, расположенную под заварной головкой 250. Другие аспекты работы устройства для приготовления напитка аналогичны описанным выше в отношении работы картриджа. В частности, может использоваться средство идентификации устройства для приготовления напитка для считывания штрихового кода или радиочастотного идентификатора, расположенного на нижней поверхности, предпочтительно, в выемке 415.
Вкладка 400 была описана, в частности, для использования с ингредиентами напитка, содержащимися в контейнерах, таких как фильтровальные пакеты. Как отмечалось, ингредиенты напитка, в альтернативном варианте, могут быть в россыпной форме. В этом случае может использоваться отдельный фильтр во вкладке 400 для предотвращения выпуска осадка ингредиентов напитка. В предпочтительном варианте можно расположить плоский фильтр поперек верхней оконечности выходного отверстия 404. Будет понятно, что будет предпочтительно, чтобы вкладка 400 была жесткой или полужесткой для того, чтобы она могла передавать направленное вниз давление, прилагаемое закрывающим механизмом к уплотнению 403 и к нижней части 255 заварной головки для обеспечения хорошего уплотнения.
Поток через вкладку 400 направлен в целом внутрь от входного отверстия 405 к выходному отверстию 404. Кроме того, предпочтительно то, что поскольку входное отверстие 405 и выходное отверстие 404 расположены в одной части 402, конструкция вкладки 400 упрощена.
В приведенном выше описании вкладка описана как ограничивающая заварной объем. Следует понимать, что вкладка и устройство для приготовления напитка могут использоваться с ингредиентами напитка, которые не требуют заваривания, а вместо этого растворяются, разводятся или по-другому смешиваются с водой без отхода от объема настоящего изобретения.
Вкладка была конкретно описана в приведенном выше примере как замена держателя 257 устройства 201. Однако будет понятно, что вкладка может иметь форму любого элемента, вставляемого в устройство для приготовления напитка и либо прикрепляемого к нему, либо нет, и позволяющего выдавать ингредиенты напитка в россыпной форме или содержащиеся в контейнерах, таких как, но не ограничиваясь ими, мягкие пакеты, как изложено в нижеследующей формуле изобретения.