Картридж для приготовления напитков
Изобретение относится к герметичным картриджам и может быть использовано в устройствах для приготовления напитка. Картридж содержит один или более ингредиентов напитка и образован из по существу воздухо- и водонепроницаемых материалов. Картридж содержит или может образовать по меньшей мере одно входное отверстие для подачи водной среды в картридж и по меньшей мере одно выпускное отверстие. Водная среда через картридж протекает по существу в направлении радиально внутрь из по меньшей мере одного входного отверстия к по меньшей мере одному выпускному отверстию. Такое направление потока водной среды обеспечивает увеличение экстракции ингредиентов напитка. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 37 ил., 3 табл.
Настоящее изобретение относится к картриджу для приготовления напитков и, в частности, к герметичным картриджам, которые образованы из по существу воздухо- и водонепроницаемых материалов и содержат один или более ингредиентов для приготовления напитков.
Ранее уже предлагали запечатывать ингредиенты для приготовления напитков в отдельные воздухонепроницаемые упаковки. Например, известны картриджи или капсулы, содержащие уплотненный молотый кофе, для использования в некоторых машинах для приготовления кофе, обычно называемых машинами «эспрессо». При приготовлении кофе с использованием таких машин картридж с кофе помещается в варочную камеру и горячая вода проходит через картридж при относительно высоком давлении, таким образом извлекая ароматические компоненты из молотого кофе с получением кофейного напитка. Обычно такие машины работают при давлении выше 6 х 105 Па. Машины описанного типа в настоящее время являются относительно дорогими, поскольку детали такой машины, такие как водяные насосы и уплотнения, должны выдерживать высокие давления.
В заявке WO 01/58786 описан картридж для приготовления напитков, который работает при давлении в общем в пределах 0,7-2,0 х 105 Па. Однако картридж предназначен для использования в машинах для приготовления напитков для торгового или промышленного рынка и является относительно дорогим. Следовательно, к картриджу для приготовления напитков существует требование, заключающееся в том, что картриджи и машина для приготовления напитка должны быть приемлемы для внутреннего рынка с точки зрения стоимости, работы и надежности.
Картридж по WO 01/58786 имеет по существу прямоугольную форму. Следовательно, слой ингредиентов напитка также является по существу прямоугольным по форме. Вода поступает в отделение, содержащее ингредиенты напитка, через щели, расположенные вниз по длинным сторонам отделения. Заваренный напиток, приготовленный из ингредиентов напитка, собирается в камере, размещенной на одном конце картриджа. Обнаружено, что порции воды, протекающей через картридж, находятся в слое ингредиентов напитка разное время в зависимости от того, через какую щель вода поступила в отделение. Это может привести к неравномерным экстракции и выходу ингредиентов напитка и в пределах одного картриджа, и между картриджами, следующими друг за другом. Кроме того, на стадии предварительного смачивания, когда вода впрыскивается в отдел, чтобы пропитать ингредиенты напитка, степень смачивания может быть неодинаковой по длине картриджа.
В JP 2000093309 A описан картридж с цилиндрической стенкой, закрытой на верхнем и нижнем концах алюминиевой фольгой. При использовании в верхней фольге пробивается входное отверстие, чтобы можно было впрыскивать воду в центральную колонну, из которой вода течет вниз через слой кофе, а затем через фильтровальную бумагу в цилиндрическую камеру для сбора. Выпускное отверстие для напитка образуют пробиванием нижней пленки. Этот картридж относительно сложен, в частности, потому что он требует наличия камеры для сбора, которая должна иметь размер, по меньшей мере равный размеру фильтровальной бумаги. Требование к камере сбора на нижнем конце картриджа также увеличивает общий размер картриджа. Кроме того, использование картриджа является относительно сложным, поскольку входное и выходное отверстия картриджа должны быть образованы на противоположных концах картриджа.
Соответственно настоящее изобретение предлагает картридж, содержащий один или более ингредиентов для напитка и образованный из по существу воздухо- и водонепроницаемых материалов, причем картридж содержит или может образовать по меньшей мере одно входное отверстие для подачи водной среды в картридж, и по меньшей мере одно выпускное отверстие, причем водная среда через картридж протекает в основном радиально вниз из по меньшей мере одного входного отверстия к по меньшей мере одному выпускному отверстию.
Понятно что под используемым здесь термином «картридж» подразумевается любая упаковка, контейнер, пакет, кассета, которая содержит один или более ингредиентов напитка так, как это описано. Картридж может быть жестким, полужестким или гибким.
Картридж по изобретению содержит один или более ингредиентов, пригодных для образования напитка. Напитком может быть, например, кофе, чай, шоколад или напиток на основе молока, содержащий молоко. Ингредиенты для напитка могут быть порошкообразными, молотыми, на основе листьев или жидкими. Ингредиенты для напитка могут быть нерастворимыми или растворимыми. Примеры включают обжаренные зерна кофе, молотый кофе, листовой чай, сухой и жидкий какао порошок, жидкие напитки на основе молока и концентрированные фруктовые соки.
Картридж может включать камеру, содержащую один или более ингредиентов для напитка. Эта камера может содержать по меньшей мере одно входное отверстие, направленное внутрь.
Радиальное направление потока в эту камеру обеспечивает увеличение эффективности экстракций ингредиентов напитка при прохождении водной среды. Предпочтительно, картридж имеет форму диска. Предпочтительно, входное отверстие для подачи водной среды в картридж расположено на периферии картриджа или около нее. Периферический коллектор позволяет водной среде поступать в камеру, содержащую ингредиенты для напитка, одновременно из множества точек, предпочтительно равноудаленных друг от друга по окружности дискообразного картриджа. Предпочтительно, картридж, кроме того, содержит периферический коллектор, отделенный от камеры хранения стенкой, содержащей множество направленных внутрь входных отверстий. Предпочтительно, множество направленных внутрь входных отверстий направлены радиально внутрь. Картридж может содержать отверстие, через которое один или более ингредиентов напитка могут поступать в камеру, отверстие закрыто крышкой, которая при использовании может прокалываться, чтобы принять втекающий поток водной среды и вытекающий поток напитка, образовавшегося в результате взаимодействия водной среды и одного или более ингредиентов напитка в упомянутой камере.
Периферический коллектор предпочтительно расположен по краю картриджа и сообщен со входным отверстием. Следовательно, ингредиенты напитка быстрее смачиваются на начальных стадиях рабочего цикла и, кроме того, водная среда более эффективно используется на стадии смачивания. Кроме того, длина пути потока через камеру в основном постоянна, независимо от отверстия, через которое водная среда поступает в камеру. Предполагается что это приведет к улучшенной консистенции и крепости экстракта и к более быстрому рабочему циклу. Кроме того, длина пути потока через камеру сведена к минимуму для заданного объема камеры по сравнению с прямоугольным картриджем. Это приводит к минимизации противодавления, образующегося в картридже, поскольку длины путей потоков относительно короче по сравнению с прямоугольной камерой того же объема и толщины.
Предпочтительно, периферический коллектор расположен по краю картриджа. Предпочтительно, стенка содержит 3-40 отверстий. В одном варианте стенка содержит 3-5 отверстий. В другом варианте стенка содержит 35-40 упомянутых отверстий.
Предпочтительно, каждое отверстие имеет площадь поперечного сечения от 0,45 до 0,65 мм2.
Предпочтительно, картридж содержит впускную камеру, сообщающуюся с периферическим коллектором. Предпочтительно, впускная камера сообщается с периферическим коллектором посредством одного или более отверстий, образованных в стенке впускной камеры.
В одном варианте, картридж дополнительно содержит фильтр, расположенный между камерой хранения и по меньшей мере частью нижней стороны верха картриджа, между фильтром и верхом картриджа образованы один или более проходов, которые сообщаются с выпускным отверстием, при этом путь потока напитка от входного отверстия до выпускного отверстия проходит вверх через фильтр в один или более проходов.
Предпочтительно, картридж содержит внешний элемент и внутренний элемент, соединенный при сборке с внешним элементом, причем внутренний элемент образует выпускное отверстие картриджа. Предпочтительно, внутренний элемент содержит выпускной носик, образующий выпускное отверстие.
Входное отверстие и/или выпускное отверстие могут быть закрыты по существу воздухо- и водонепроницаемым материалом до образования при использовании входного отверстия и/или выпускного отверстия в картридже. Предпочтительно, входное отверстие и/или выпускное отверстие закрыты по существу воздухо- или водонепроницаемым ламинированным материалом.
Внешний элемент и/или внутренний элемент могут быть образованы из полиэтилена высокой плотности. Внешний элемент и/или внутренний элемент могут быть образованы литьем под давлением.
Возможна также кассета, содержащая множество картриджей, в которой каждый картридж выполнен как описано выше, при этом процентный выход напитка, произведенного из одного или более ингредиентов, содержащихся в картридже, находится в пределах 1,0 стандартного отклонения.
Предпочтительно, стенка содержит 3-40 отверстий. В одном варианте стенка содержит 3-5 отверстий. В другом варианте стенка содержит 35-40 упомянутых отверстий.
Предпочтительно, каждое отверстие имеет площадь поперечного сечения от 0,45 до 0,65 мм2.
Картридж может содержать впускную камеру, сообщающуюся со входным отверстием и периферическим коллектором. Предпочтительно, впускная камера сообщается с периферическим коллектором посредством одного или более отверстий, образованных в стенке впускной камеры.
Картридж, кроме того, может содержать фильтр, размещенный между камерой и по меньшей мере частью нижней стороны верха картриджа, причем между фильтром и верхом картриджа образованы один или более проходов, сообщенных с выпускным отверстием, при этом путь потока напитка от входного отверстия до выпускного отверстия проходит вверх через фильтр в один или более проходов.
Картридж, предпочтительно, содержит внешний элемент и внутренний элемент, соединенный при сборке с внешним элементом, при этом внутренний элемент образует выпускное отверстие картриджа.
Детали внутреннего элемента и внешнего элемента легче стерилизовать перед сборкой, когда они разделены. Когда детали собраны, образуется ряд извилистых каналов с небольшим отверстием, которые не могут быть эффективно стерилизованы известными способами. Возможность стерилизации деталей является особым преимуществом, когда картриджи используются для выдачи напитков на основе молока. Может использоваться защелкивающееся приспособление, которое обеспечивает быстрый и безопасный способ соединения внутреннего элемента и внешнего элемента. Его преимуществом является то, что защелкивающееся устройство исключает необходимость использования клея или другого адгезива во внутренней части картриджа, с которой будут контактировать ингредиенты напитка.
Предпочтительно, внутренний элемент содержит выпускной носик, образующий выпускное отверстие. Предпочтительно, внутренний элемент содержит выпускной носик. Выпускной носик служит для направления выливаемого напитка в приемник, такой как чашка. Выпускной носик позволяет избежать излишнего разбрызгивания или расплескивания напитка и также полезен для регулирования параметров потока напитка, когда он перемещается из картриджа в приемник. Например, выпускной носик может иметь форму, снижающую степень турбулентности, сообщаемой напитку, чтобы избежать возможное уменьшение количества пузырьков, содержащихся в напитке. Также предпочтительно, картридж содержит выпускной носик, а не снабжен отдельным выпускным носиком в машине для приготовления напитка. Таким образом, отсутствует опасность взаимного загрязнения одного напитка другим напитком между рабочими циклами, поскольку каждый выпускной носик будет использоваться только один раз, а затем заменяться вместе с картриджем. Также предпочтительно, напиток, выливаемый через выпускной носик, не будет контактировать с выпускным механизмом машины для приготовления напитков, таким образом исключая загрязнение машины для приготовления напитка. Предпочтительно, выпускной носик выполнен за одно целое с внутренним элементом. Предпочтительно, выпускной носик и внутренний элемент отлиты или иным образом выполнены в виде единого узла, что снижает стоимость производства картриджа и уменьшает количество деталей, требующих сборки.
В нижеследующем описании термины «верхний» и «нижний» и их эквиваленты используются для описания относительного положения деталей изобретения. Термины «верхний» и «нижний» следует понимать как относящиеся к картриджу (или другим деталям) в его нормальной ориентации для установки в машину для приготовления напитка и последующей выдачи, как показано, например, на фиг.4. В частности, «верхний» и «нижний» относятся соответственно к относительным положениям около или дальше от верхней поверхности 11 картриджа. Кроме того, термины «внутренний» и «внешний» и их эквиваленты используются для описания относительного положения деталей изобретения. Термины «внутренний» и «внешний» и их эквиваленты следует понимать как относящиеся к относительным положениям в картридже (или в других деталях) соответственно ближе или дальше от центра или большой оси Х картриджа 1 (или другой детали).
Ниже описаны варианты осуществления настоящего изобретения только в качестве примера со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг.1 - вид в сечении внешнего элемента первого или второго варианта выполнения картриджа по изобретению;
Фиг.2 - вид в сечении детали внешнего элемента по фиг.1, показывающий направленную внутрь цилиндрическую выступающую часть;
Фиг.3 - вид в сечении детали внешнего элемента по фиг.1, показывающий щель;
Фиг.4 - вид в перспективе сверху внешнего элемента по фиг.1;
Фиг.5 - вид в перспективе сверху внешнего элемента по фиг.1 в перевернутом положении;
Фиг.6 - вид сверху внешнего элемента по фиг.1;
Фиг.7 - вид в сечении внутреннего элемента первого варианта выполнения картриджа;
Фиг.8 - вид в перспективе сверху внутреннего элемента по фиг.7;
Фиг.9 - вид в перспективе сверху внутреннего элемента по фиг.7 в перевернутом положении;
Фиг.10 - вид сверху внутреннего элемента по фиг.7;
Фиг.11 - вид в сечении первого варианта выполнения картриджа в собранном состоянии;
Фиг.12 - вид в сечении внутреннего элемента второго варианта выполнения картриджа;
Фиг.13 - вид в сечении детали внутреннего элемента по фиг.12, показывающий отверстие;
Фиг.14 - вид в перспективе сверху внутреннего элемента по фиг.12;
Фиг.15 - вид в перспективе сверху внутреннего элемента по фиг.12 в перевернутом положении;
Фиг.16 - вид в другом сечении внутреннего элемента по фиг.12;
Фиг.17 - вид в сечении другой детали внутреннего элемента по фиг.12, показывающий отверстие для впуска воздуха;
Фиг.18 - вид в сечении второго варианта выполнения картриджа в собранном состоянии;
Фиг.19 - вид в сечении внешнего элемента третьего и четвертого вариантов выполнения картриджа по изобретению;
Фиг.20 - вид в сечении детали внешнего элемента по фиг.19, показывающий направленную внутрь цилиндрическую выступающую часть;
Фиг.21 - вид сверху внешнего элемента по фиг.19;
Фиг.22 - вид в перспективе сверху внешнего элемента по фиг.19;
Фиг.23 - вид в перспективе сверху внешнего элемента по фиг.19 в перевернутом положении;
Фиг.24 - вид в сечении внутреннего элемента третьего варианта выполнения картриджа;
Фиг.25 - вид сверху внутреннего элемента по фиг.24;
Фиг.26 - вид в сечении детали внутреннего элемента по фиг.24, показывающий загнутый верхний край;
Фиг.27 - вид в перспективе сверху внутреннего элемента по фиг.24;
Фиг.28 - вид в перспективе сверху внутреннего элемента по фиг.24 в перевернутом положении;
Фиг.29 - вид в сечении третьего варианта выполнения картриджа в собранном состоянии;
Фиг.30 - вид в сечении внутреннего элемента четвертого варианта выполнения картриджа;
Фиг.31 - вид сверху внутреннего элемента по фиг.30;
Фиг.32 - вид в перспективе сверху внутреннего элемента по фиг.30;
Фиг.33 - вид в перспективе сверху внутреннего элемента по фиг.30 в перевернутом положении;
Фиг.34 - вид в сечении четвертого варианта выполнения картриджа в собранном состоянии;
Фиг.35а - график зависимости концентрации от времени рабочего цикла;
Фиг.35b - график зависимости пенообразования от времени рабочего цикла; и
Фиг.35с - график зависимости температуры от времени рабочего цикла.
Как показано на фиг.11, картридж 1 по изобретению в общем содержит внешний элемент 2, внутренний элемент 3 и ламинированный материал 5. Внешний элемент 2, внутренний элемент 3 и ламинированный материал 5 собраны с получением картриджа 1, который имеет внутреннее пространство 120 для одного или более ингредиентов напитка, входное отверстие 121, выпускное отверстие 122 и путь для потока напитка, соединяющий входное отверстие 121 с выпускным отверстием 122 и проходящий через внутреннее пространство 120. Входное отверстие 121 и выпускное отверстие 122 исходно герметизированы ламинированным материалом 5 и открываются при использовании за счет прокалывания или разрезания ламинированного материала 5. Путь потока напитка определяется пространственными взаимоотношениями между внешним элементом 2, внутренним элементом 3 и ламинированным материалом 5, как обсуждается ниже.
Первый вариант картриджа 1, описываемый ниже, показан на фиг.1-11. Первый вариант картриджа 1, в частности, предназначен для использования при выдаче таких фильтрованных продуктов, как обжаренный и молотый кофе или листовой чай. Однако этот вариант картриджа 1 и другие варианты, описанные ниже, могут использоваться и с другими продуктами, такими, как шоколад, кофе, чай, заменители сахара, специи, алкогольные напитки, ароматизированное молоко, фруктовые соки, фруктовые напитки, соусы и десерты.
Как видно из фиг.5, картридж 1 имеет в общем круглую или дискообразную форму, причем диаметр картриджа 1 значительно больше его высоты. Большая ось X проходит через центр внешнего элемента, как показано на фиг.1. Обычно, общий диаметр внешнего элемента 2 составляет 74,5 мм + 20%, а его общая высота составляет 16 мм + 3 мм. Обычно объем собранного картриджа составляет 30,2 мл + 20%.
Внешний элемент 2 обычно содержит чашеобразный корпус 10 с изогнутой кольцевой стенкой 13, закрытой верхней частью 11 и открытой нижней частью 12. Диаметр внешнего элемента 2 в верхней части 11 меньше по сравнению с диаметром нижней части 12 в результате расширения книзу кольцевой стенки 13 по мере перемещения от закрытой верхней части 11 к открытому днищу 12. Кольцевая стенка 13 и закрытая верхняя часть 11 вместе определяют приемник с внутренним пространством 34.
В закрытой верхней части 11 обеспечена полая направленная внутрь цилиндрическая выступающая часть 18, центрированная на большой оси Х. Как лучше показано на фиг.2, цилиндрическая выступающая часть 18 содержит ступенчатый профиль с первым, вторым и третьим участками 19, 20 и 21. Первый участок 19 имеет правильную круглую цилиндрическую форму. Второй участок 20 имеет форму усеченного конуса и сужается вниз. Третий участок 21 является еще одним правильным круглым цилиндром и закрыт нижним торцом 31. Диаметр первого, второго и третьего участков 19, 20 и 21 ступенчато уменьшается так, что диаметр цилиндрической выступающей части 18 уменьшается по мере перемещения от верхней части 11 к закрытому нижнему торцу 31 цилиндрической выступающей части 18. На цилиндрической выступающей части 18 в месте соединения между вторым и третьим участками 20 и 21 образован по существу горизонтальный заплечик 32.
На внешнем элементе 2 ближе к нижней части 12 образован продолжающийся наружу заплечик 33. Продолжающийся наружу заплечик 33 образует вторичную стенку 15, коаксиальную кольцевой стенке 13 так, чтобы определить границы кольцевого пути, образующего коллектор 16 между вторичной стенкой 15 и кольцевой стенкой 13. Коллектор 16 проходит вокруг окружности внешнего элемента 2. В кольцевой стенке 13 предусмотрен ряд щелей 17 на одном уровне с коллектором 16 для обеспечения сообщения по газу и жидкости между коллектором 16 и внутренним пространством 34 внешнего элемента 2. Как показано на фиг.3, щели 17 выполнены в виде вертикальных щелей в кольцевой стенке 13. Предусмотрено от 20 до 40 щелей. В показанном варианте предусмотрено тридцать семь щелей 17 по существу на равном расстоянии друг от друга по окружности коллектора 16. Щели 17 предпочтительно имеют длину между 1,4 и 1,8 мм. Обычно длина каждой щели составляет 1,6 мм, что составляет 10 % полной высоты внешнего элемента 2. Ширина каждой щели составляет от 0,25 до 0,35 мм. Обычно ширина каждой щели составляет 0,3 мм. Ширина щелей 17 достаточно мала, чтобы препятствовать прохождению через нее ингредиентов напитка в коллектор 16 во время хранения или при использовании.
Впускная камера 26 образована во внешнем элементе 2 на периферии внешнего элемента 2. Предусмотрена цилиндрическая стенка 27, как лучше видно на фиг.5, которая образует внутри впускную камеру 26 и отделяет впускную камеру 26 от внутреннего пространства 34 внешнего элемента 2. Цилиндрическая стенка 27 имеет закрытый верхний торец 28, который образован на плоскости, перпендикулярной большой оси Х, и открытый нижний торец 29, копланарный нижней части 12 внешнего элемента 2. Впускная камера 26 сообщается с коллектором 16 посредством двух щелей 30, как показано на фиг.1. Альтернативно, для сообщения между коллектором 16 м впускной камерой 26 может использоваться от одной до четырех щелей.
Нижний конец выступающего наружу заплечика 33 снабжен выступающим наружу фланцем 35, который проходит перпендикулярно большой оси Х. Обычно фланец 35 имеет ширину между 2 и 4 мм. Часть фланца 35 увеличена для формирования ручки 24, за которую можно держать внешний элемент 2. Ручка 24 снабжена направленной кверху кромкой 25 для улучшения захвата.
Внешний элемент 2 выполнен в виде одной детали из полиэтилена высокой плотности, полипропилена, полистирола, полиэфира или из ламинированного материала из одного или двух этих материалов. Подходящим полипропиленом является ряд полимеров, имеющихся у DSM UK Limited (Redditch, Великобритания). Внешний элемент может быть непрозрачным, прозрачным или полупрозрачным. Способом изготовления может быть литье под давлением.
Внутренний элемент 3, как показано на фиг.7-10, содержит кольцевую раму 41 и выступающий вниз цилиндрическую воронку 40. Большая ось Х проходит через центр внутреннего элемента 3, как показано на фиг.7.
Как лучше видно на фиг.8, кольцевая рама 41 содержит внешний обод 51 и внутреннюю втулку 52, соединенные десятью расположенными на равном расстоянии друг от друга радиальными перемычками 53. Внутренняя втулка 52 выполнена за одно целое с цилиндрической воронкой 40 и выступает из нее. Фильтрационные отверстия 55 образованы в кольцевой раме 41 между радиальными перемычками 53. Фильтр 4 расположен на кольцевой раме 41 так, чтобы закрывать фильтрационные отверстия 55. Фильтр, предпочтительно, выполнен из материала с высокой прочностью во влажном состоянии, например, из нетканого волокнистого материала из полиэфира. Могут использоваться и другие материалы, включая водонепроницаемый целлюлозный материал, такой как целлюлозный материал, содержащий тканые бумажные волокна. Тканые бумажные волокна могут быть смешаны с волокнами полипропилена, поливинилхлорида и/или полиэтилена. Включение этих пластиков в целлюлозный материал делает этот целлюлозный материал термосвариваемым. Фильтр 4 может быть также обработан или покрыт материалом, который активируется нагреванием и/или давлением так, что он может быть прочно прикреплен таким образом к кольцевой раме 41.
Как показано в сечении на фиг.7, внутренняя втулка 52 расположена ниже внешнего обода 51, приводя к тому, что кольцевая рама 41 имеет наклонный вниз профиль.
Верхняя поверхность каждой перемычки 53 снабжена вертикальной перегородкой 54, которая разделяет свободное пространство над кольцевой рамой 41 на множество проходов 57. Каждый проход 57 граничит на каждой стороне с перегородкой 54, а на нижней поверхности - с фильтром 4. Проходы 57 проходят от внешнего обода 51 вниз к цилиндрической воронке 40 и открываются в нее в отверстиях 56, ограниченных внутренними концами перегородок 54.
Цилиндрическая воронка 40 содержит внешнюю трубку 42, окружающую внутренний выпускной носик 43. Внешняя трубка 42 образует наружную часть цилиндрической воронки 40. Выпускной носик 43 подсоединен к внешней трубке 42 на верхнем конце выпускного носика 43 посредством кольцевого фланца 47. Выпускной носик 43 содержит входное отверстие 45 на верхнем конце, который сообщается с отверстиями 56 проходов 57, и выпускное отверстие 44 на нижнем конце, через который готовый напиток выливается в чашку или другой приемник. Выпускной носик 43 содержит участок 48 в форме усеченного конуса на верхнем конце и цилиндрический участок 58 на нижнем конце. Цилиндрический участок 58 может иметь небольшое сужение, такое, что он сужается к выпускному отверстию 44. Участок 48 в форме усеченного конуса способствует направлению напитка из проходов 57 вниз к выпускному отверстию 44 без возникновения турбулентности в напитке. Верхняя поверхность участка 48 в форме усеченного конуса снабжена четырьмя опорными перегородками 49, равноразнесенными по окружности цилиндрической воронки 40. Опорные перегородки 49 определяют границы каналов 50 между ними. Верхние края опорных перегородок 49 находятся на одном уровне друг с другом и перпендикулярны большой оси Х.
Внутренний элемент 3 может быть выполнен в виде одной детали из полипропилена или подобного материала, как описано выше, и путем литья под давлением тем же способом, как и внешний элемент 2.
Альтернативно, внутренний элемент 3 и/или внешний элемент 2 могут быть выполнены из биоразлагаемого полимера. Примеры подходящих материалов включают биоразлагаемый полиэтилен (например, SPITEK фирмы Symphony Environmental, Borehamwood, Великобритания), биоразлагаемый полиэфирамид (например, BAK 1095 фирмы Symphony Environmental), полимолочные кислоты (PLA фирмы Cargil, Миннесота, США), полимеры на основе крахмала, производные целлюлозы и полипептиды.
Ламинированный материал 5 образован из двух слоев, первого слоя из алюминия и второго слоя из литого полипропилена. Алюминиевый слой имеет толщину между 0,02 и 0,07 мм. Слой из литого полипропилена имеет толщину между 0,025 и 0,065 мм. В варианте осуществления алюминиевый слой имеет толщину 0,06 мм, а слой из литого полипропилена имеет толщину 0,025 мм. Этот ламинированный материал особенно предпочтителен, поскольку он имеет высокое сопротивление скручиванию во время сборки. В результате ламинированный материал 5 может быть предварительно вырезан правильного размера и формы, а затем подан на сборочную станцию производственной линии, не подвергая его деформации. Следовательно, ламинированный материал 5 особенно подходит для сварки. Могут использоваться и другие ламинированные материалы, включая полиэтилентерефталат PET/Алюминий/полипропилен РР, полиэтилен PE/Винил этиленгликоля EVOH/ полипропилен РР, полиэтилентерефталат PET/металлизированный/ полипропилен РР и Алюминий/ полипропилен РР слои. Вместо отрезанных заготовок может использоваться рулон ламинированного материала.
Картридж 1 может быть закрыт жесткой или полужесткой крышкой вместо ламинированного материала.
Сборка картриджа 1 включает следующие стадии:
внутренний элемент 3 вставляют во внешний элемент;
отрезают фильтр 4 нужной формы и помещают на внутренний элемент 3 так, чтобы разместить его над цилиндрической воронкой 40 и опереть на кольцевую раму 41;
внутренний элемент 3, внешний элемент 2 и фильтр 4 соединяют посредством ультразвуковой сварки;
картридж 1 заполняют одним или более ингредиентами напитка;
ламинированный материал 5 прикрепляют к внешнему элементу 2.
Эти стадии подробнее обсуждаются ниже.
Внешний элемент 2 ориентируют так, чтобы открытая нижняя часть 12 была направлена вверх. Затем внутренний элемент 3 вставляют во внешний элемент 2 так, чтобы внешний обод 51 вошел со свободной посадкой в осевое продолжение 14 верхней части 11 картриджа 1. Цилиндрическую выступающую часть 18 внешнего элемента 2 одновременно размещают в верхней части цилиндрической воронки 40 внутреннего элемента 3. Третий участок 21 цилиндрической выступающей части 18 расположен внутри цилиндрической воронки 40 с закрытой нижней поверхностью 31 цилиндрической выступающей части 18, опирающейся на перегородки 49 внутреннего элемента 3. Фильтр 4 затем помещают поверх внутреннего элемента 3 так, что фильтрующий материал контактирует с кольцевым ободом 51. Затем с использованием ультразвуковой сварки фильтр 4 прикрепляют к внутреннему элементу 3 и одновременно, на той же стадии, внутренний элемент 3 прикрепляют к внешнему элементу 2. Внутренний элемент 3 и фильтр 4 свариваются вместе по внешнему ободу 51. Внутренний элемент 3 и внешний элемент 2 скрепляются сварными швами по внешнему ободу 41, а также по верхним краям перегородок 54.
Как лучше показано на фиг.11, внешний элемент 2 и внутренний элемент 3, когда они соединены, определяют границы свободного пространства 130 во внутреннем пространстве 120 под кольцевым фланцем 41 и снаружи цилиндрической воронки 40, образующего фильтрационную камеру. Фильтрационная камера 130 и проходы 57 над кольцевой рамой 41 разделены фильтровальной бумагой 4.
Фильтрационная камера 130 содержит один или более ингредиентов 200 напитка. Один или более ингредиентов напитка «упакованы» (уплотнены) в фильтрационной камере 130. Для напитка фильтруемого типа таким ингредиентом обычно является обжаренный и молотый кофе или листовой чай. Плотность набивки ингредиентов напитка в фильтрационной камере 130 может меняться по желанию. Обычно для получения кофе фильтрационная камера содержит от 5,0 до 10,2 граммов обжаренного и молотого кофе в фильтрационном слое толщиной обычно от 5 до 14 мм. Внутреннее пространство 120 может содержать одно или более тел, таких как шарики, свободно перемещающихся во внутреннем пространстве 120, чтобы способствовать перемешиванию, создавая турбулентность и разрушая осадок ингредиентов напитка во время выпуска напитка.
Ламинированный материал 5 затем прикрепляют к внешнему элементу 2 путем образования сварного соединения по периферии ламинированного материала 5 для его присоединения к нижней поверхности выступающего наружу фланца 35. Сварное соединение 126 расположено так, чтобы герметично прикрепить ламинированный материал 5 к нижнему краю цилиндрической стенки 27 впускной камеры 26. Кроме того, сварное соединение 125 образовано между ламинированным материалом 5 и нижним краем внешней трубки 42 цилиндрической воронки 40. Ламинированный материал 5 образует нижнюю стенку фильтрационной камеры 130, а также герметизирует впускную камеру 26 и цилиндрическую воронку 40. Однако между ламинированным материалом 5 и нижним краем выпускного носика 43 для выдачи существует небольшой зазор 123. Могут быть использованы различные способы сварки, такие как сварка нагреванием и ультразвуковая сварка, в зависимости от характеристик ламинированного материала 5.
Предпочтительно, внутренний элемент 3 расположен между внешним элементом 2 и ламинированным материалом 5. Внутренний элемент 3 выполнен из относительно жесткого материала, такого как полипропилен. Как таковой, внутренний элемент 3 образует несущий нагрузку элемент, который удерживает ламинированный материал 5 и внешний элемент 2 на расстоянии друг от друга, когда на картридж 1 воздействует давление. Предпочтительно, при использовании на картридж 1 действует давление между 130 и 280 Н. Это давление служит для предотвращения поломки картриджа под действием внутреннего давления, а также для сжатия внутреннего элемента 3 и внешнего элемента 2 вместе. Это обеспечивает постоянство внутренних размеров проходов и отверстий в картридже 1 и невозможность их изменения при повышении давления в картридже 1.
Для использования картридж 1 сначала вставляют в машину для приготовления напитка, при этом входное отверстие 121 и выпускное отверстие 122 открываются под действием прокалывающих элементов машины для приготовления напитка, которые протыкают и отгибают ламинированный материал 5. Водная среда, обычно чистая вода, под давлением поступает в картридж 1 через входное отверстие 121 во впускную камеру 26 под давлением 0,1-2,0 бар. Оттуда вода направляется через щели 30 и по коллектору 16 в фильтрационную камеру 130 картриджа 1 через множество щелей 17. Вода направляется радиально внутрь через фильтрационную камеру 130 и смешивается с размещенными в ней ингредиентами 200 напитка. Одновременно вода направляется вверх сквозь ингредиенты напитка. Напиток, образовавшийся в результате прохождения воды через ингредиенты напитка, проходит через фильтр 4 и фильтрационные отверстия 55 в проходы 57, расположенные над кольцевой рамой 41. Герметичное закрепление фильтра 4 на перемычках 53 и сваривание обода 51 с внешним элементом 2 гарантирует, что жидкость не найдет более короткий путь и весь напиток пройдет через фильтр 4.
Затем напиток течет вниз по радиальным проходам 57, образованным между перегородками 54, и через отверстия 56 в цилиндрическую воронку 40. Напиток проходит по каналам 50 между опорными перегородками 47 и вниз по выпускному носику 43 к выпускному отверстию 44, из которого напиток выливается в такой приемник, как чашка.
Предпочтительно, машина для приготовления напитка содержит средство для продувки воздухом, в котором сжатый воздух подается через картридж 1 в конце рабочего цикла, чтобы сдуть оставшийся напиток в приемник.
Второй вариант картриджа 1 показан на фиг.12-18. Второй вариант картриджа 1, в частности, предназначен для использования при выдаче продуктов типа эспрессо, таких как обжаренный и молотый кофе, когда желательно получить напиток с пеной из мелких пузырьков, известной как "кремб" (итал. "пенка"). Многие признаки второго варианта картриджа 1 являются такими же, как и в первом варианте, и для обозначения аналогичных признаков использованы те же позиции. В нижеследующем описании будут обсуждаться различия между первым и вторым вариантами. Общие для них признаки, выполняющие аналогичные функции, подробно обсуждаться не будут.
Внешний элемент 2 имеет такую же конструкцию, как и в первом варианте картриджа 1, как показано на фиг.1-6.
Кольцевая рама 41 внутреннего элемента 3 является такой же, как и в первом варианте. Также фильтр 4 расположен на кольцевой раме 41 так, чтобы закрывать фильтрационные отверстия 55. Внешняя трубка 42 цилиндрической воронки 40 такая же, как и раньше. Однако есть ряд отличий в конструкции внутреннего элемента 2 второго варианта по сравнению с первым вариантом. Как показано на фиг.16, выпускной носик 43 снабжен перегородкой 65, которая продолжается вверх по части выпускного носика 43 от выпускного отверстия 44. Перегородка 65 способствует предотвращению распыления и/или разбрызгивания напитка, когда он выходит из выпускного носика 43. Профиль выпускного носика 54 тоже отличается и представляет собой ступенчатый профиль с отчетливым изгибом 66 около верхнего конца трубки 43.
Предусмотрен обод 67, выступающий вверх от кольцевого фланца 47, соединяющего внешнюю трубку 42 с выпускным носиком 43. Обод 67 окружает входное отверстие 45 до выпускного носика 43 и образует кольцевой канал 69 между ободом 67 и верхней частью внешней трубки 42. Обод 67 снабжен направленным внутрь заплечиком 68. В одной точке по окружности обода 67 предусмотрено отверстие 70 в форме щели, которая продолжается от верхнего края обода 67 к точке немного ниже уровня заплечика 68, как лучше всего видно на фиг.12 и 13. Щель имеет ширину 0,64 мм.
В кольцевом фланце 47 предусмотрено отверстие 71 для поступления воздуха, периферически выровненное с отверстием 70, как показано на фиг.16 и 17. Отверстие 71 проходит сквозь фланец 47 так, чтобы обеспечить сообщение между точкой над фланцем 47 и свободным пространством под фланцем 47 между внешней трубкой 42 и выпускным носиком 43. Предпочтительно, и как показано, отверстие 71 содержит верхний участок 73 в форме усеченного конуса и нижний цилиндрический участок 72. Отверстие 71 обычно образуют посредством штыря пресс-формы. Сужающийся профиль отверстия 71 облегчает отделение пресс-формы от отлитого в форме изделия. Стенка внешней трубки 42 вблизи отверстия 71 имеет такую форму, чтобы образовать желоб 75, который ведет от отверстия 71 ко входному отверстию 45 выпускного носика 43. Как показано на фиг.17, скошенный заплечик 74 образован между отверстием 71 для воздуха и желобом 75, чтобы гарантировать, что струя напитка, выходящая из щели 70, не попадет сразу на верхнюю поверхность фланца 47 в непосредственной близости отверстия 71 для воздуха.
Процедура сборки второго варианта картриджа 1 аналогична сборке первого варианта. Однако есть несколько отличий. Как показано на фиг.18, третий участок 21 цилиндрической выступающей части 18 расположен внутри опорного обода 67, а не на опорных перегородках. Заплечик 32 цилиндрической выступающей части 18 между вторым участком 20 и третьим участком 21 опирается на верхний край опорного обода 67 внутреннего элемента 3. Таким образом образуется переходная зона 124 между внутренним элементом 3 и внешним элементом 2, содержащая торцевое уплотнение между цилиндрической выступающей частью 18 и опорным ободом 67, продолжающееся вокруг почти всей окружности картриджа 1. Уплотнение между цилиндрической выступающей частью 18 и опорным ободом 67 не является герметичным, поскольку щель 70 в опорном ободе 67 проходит через опорный обод 67 и вниз к точке немного ниже заплечика 68. Следовательно, взаимодействие между цилиндрической выступающей частью 18 и опорным ободом 67 преобразует щель 70 в отверстие 128, как лучше всего показано на фиг.18, обеспечивая сообщение по газу и жидкости между кольцевым каналом 69 и выпускным носиком 43. Отверстие обычно имеет ширину 0,65 мм и длину 0,69 мм.
Работа второго варианта картриджа 1 по выдаче напитка аналогична работе первого варианта, но с некоторыми отличиями. Как и раньше, поток напитка в фильтрационной камере 130 включает радиальную составляющую из входных щелей 17 на периферии картриджа 1 до выпускного носика 43 в центре картриджа 1. Напиток в радиальных проходах 57 течет вниз по проходам 57, образованным между перегородками 54, и через отверстия 56 в кольцевой канал 69 цилиндрической воронки 40. Из кольцевого канала 69 напиток подается под давлением через отверстие 128 за счет противодавления напитка, собирающегося в фильтрационной камере 130 и проходах 57. Напиток таким образом выбрасывается через отверстие 128 в виде сильной узкой струи в расширительную камеру, образованную верхним концом выпускного носика 43. Как показано на фиг.18, струя напитка проходит непосредственно над отверстием 71 для воздуха. По мере поступления напитка в выпускной носик 43 давление струи напитка падает. В результате воздух смешивается со струей напитка, образуя множество маленьких пузырьков воздуха по мере всасывания воздуха через отверстие 71. Струя напитка, выходящая из отверстия 128, направляется вниз к выпускному отверстию 44, где напиток выливается в приемник, такой как чашка, а воздушные пузырьки образуют желаемую пену. Таким образом, отверстие 128 и отверстие 71 вместе образуют эжектор для захватывания воздуха в напиток. Поток напитка в эжектор должен поддерживаться как можно более однородным для снижения потерь давления. Предпочтительно, стенки эжектора должны быть выполнены вогнутыми для снижения потерь из-за «пристеночного» трения. Допуск на размер отверстия 128 является небольшим. Предпочтительно, размер отверстия является фиксированным, плюс или минус 0,02 мм2. Внутри или на выходе эжектора могут быть предусмотрены волоски, нити или другие неровности поверхности для увеличения полезной площади сечения, что, как выснилось, увеличивает степень захватывания воздуха.
Третий вариант картриджа 1 показан на фиг.19-29. Третий вариант картриджа 1, в частности, предназначен для выдачи растворимых продуктов, которые могут быть в виде порошка, жидкости, сиропа, геля или ином аналогичном виде. Растворимый продукт растворяется водной средой, такой как вода, или образует в ней суспензию, когда в процессе использования вода проходит через картридж 1. Примеры напитков включают шоколад, кофе, молоко, чай, суп или другие обезвоженные или водорастворимые продукты. Многие признаки третьего варианта картриджа 1 являются такими же, как и в предыдущих вариантах, для одинаковых признаков использованы одинаковые позиции. В нижеследующем описании будут обсуждены различия между третьим и предыдущими вариантами. Общие признаки, которые функционируют аналогичным образом, подробно обсуждаться не будут.
По сравнению с внешним элементом 2 предыдущих вариантов полая направленная внутрь выступающая часть 18 внешнего элемента 2 третьего варианта имеет больший общий диаметр, чем показано на фиг.20. В частности, диаметр первого участка 19 обычно составляет от 16 до 18 мм по сравнению с 13,2 мм в случае внешнего элемента 2 предыдущих вариантов. Кроме того, первый участок 19 снабжен выпуклой внешней поверхностью 19а или выпуклостью, лучше всего показанной на фиг.20, функция которой будет описана ниже. Диаметр третьих участков 21 картриджей 1 является, однако, таким же, что приводит к тому, что площадь заплечика 32 больше в данном - третьем варианте картриджа 1. Обычно, объем картриджа 1 в собранном состоянии составляет 32,5 мл + 20%.
Число и положение щелей в нижнем конце кольцевой стенки 13 также отличается. Предусмотрено от 3 до 5 щелей. В варианте, показанном на фиг.23, предусмотрено четыре щели 36, равноразнесенные по окружности коллектора 16. Щели 36 немного шире, чем в предыдущих вариантах картриджа 1, и имеют ширину между 0,35 и 0,45 мм, предпочтительно 0,4 мм.
В других отношениях внешние элементы 2 картриджей 1 являются такими же.
Конструкция цилиндрической воронки 40 внутреннего элемента 3 является такой же, как и в первом варианте картриджа 1 с внешней трубкой 42, выпускным носиком 45, кольцевым фланцем 47 и опорными перегородками 49. Единственная разница состоит в том, что выпускной носик 45 имеет форму с верхним участком 92 в форме усеченного конуса и нижним цилиндрическим участком 93.
В противоположность предыдущим вариантам и как показано на фиг.24-28, кольцевая рама 41 заменена юбочным участком 80, который окружает цилиндрическую воронку 40 и присоединен к ней посредством восьми радиальных кронштейнов 87, которые примыкают к цилиндрической воронке 40 в месте расположения кольцевого фланца 47, или возле него. Цилиндрическая выступающая часть 81 юбочного участка 80 проходит вверх от кронштейнов 87, образуя камеру 90 с открытой верхней частью. Верхний обод 91 цилиндрической выступающей части 81 имеет загнутый профиль, как показано на фиг.26. Кольцевая стенка 82 юбочного участка 80 проходит вниз от кронштейнов 87 с образованием кольцевого канала 86 между юбочным участком 80 и внешней трубкой 42.
Кольцевая стенка 82 содержит на нижнем конце внешний фланец 83, который расположен перпендикулярно большой оси Х. Обод 84 продолжается вниз от нижней поверхности фланца 83 и содержит пять отверстий 85, равноразнесенных по окружности вокруг обода 84. Таким образом обод 84 снабжен зубчатым нижним профилем.
Между кронштейнами 87 предусмотрены отверстия 89, обеспечивающие сообщение между камерой 90 и кольцевым каналом 86.
Процедура сборки третьего варианта картриджа аналогична сборке первого варианта, но с некоторыми отличиями. Внешний элемент 2 и внутренний элемент 3 соединяют вместе плотной посадкой, как показано на фиг.29, и удерживают вместе посредством защелкивающегося устройства, а не сварки. После соединения этих двух элементов направленная внутрь цилиндрическая выступающая часть 18 входит внутрь верхней цилиндрической выступающей части 81 юбочного участка 80. Внутренний элемент 3 удерживается во внешнем элементе 2 за счет фрикционного сцепления выпуклой внешней поверхности 19а первого участка 19 цилиндрической выступающей части 18 с загнутым ободом 91 верхней цилиндрической выступающей части 81. При внутреннем элементе 3, расположенном во внешнем элементе 2, смесительная камера 134 расположена снаружи юбочного участка 80. Смесительная камера 134 содержит ингредиенты 200 напитка перед выдачей. Следует отметить, что четыре входа 36 и пять отверстий 85 расположены по периферии со смещением (ступенчато) по отношению друг к другу. Радиальное положение двух частей относительно друг друга не требуется определять или фиксировать во время сборки, поскольку использование четырех входных отверстий 36 и пяти отверстий 85 гарантирует, что между входами и отверстиями не будет совпадения, каким бы ни было относительное поворотное положение элементов.
Один или более ингредиентов напитка упаковывают в смесительную камеру 134 картриджа. Плотность упаковки ингредиентов напитка в смесительной камере 134 может изменяться по желанию.
Затем ламинированный материал 5 прикрепляют к внешнему элементу 2 и внутреннему элементу 3 подобно тому, как описано выше в предыдущих вариантах.
При использовании вода поступает в смесительную камеру 134 через четыре щели 36 аналогично предыдущим вариантам картриджа. Вода подается радиально вниз через смесительную камеру и смешивается с ингредиентами напитка, содержащимися в ней. Продукт растворяется или смешивается в воде и образует напиток в смесительной камере 134, а затем направляется через отверстия 85 в кольцевой канал 86 за счет давления напитка и воды в смесительной камере 134. Смещенное расположение по периферии четырех впускных щелей 36 и пяти отверстий 85 гарантирует, что струи воды не могут пройти радиально прямо от впускных щелей 36 к отверстиям 85 без циркуляции внутри смесительной камеры 134. Таким образом, степень и консистенция растворения или смешивания продукта значительно увеличивается. Напиток направляется вверх в кольцевом канале 86 через отверстия 89 между кронштейнами 87 в камеру 90. Напиток проходит из камеры 90 через входные отверстия 45 между опорными перегородками 49 в выпускной носик 43 к выпускному отверстию 44, из которого напиток выливается в приемник, такой как чашка. Картридж может использоваться для ингредиентов напитка в виде вязких жидкостей или гелей. В одном из применений в картридже 1 содержится жидкий шоколад вязкостью 1700-3900 мПа при температуре окружающей среды или 5000-10000 мПа при 0° сухим остатком по Бриксу 67 + 3. В другом применении в картридже 1 содержится жидкий кофе вязкостью 70-2000 мПа при температуре окружающей среды или 80-5000 мПа при 0° когда кофе имеет общее содержание сухих веществ 40-70%.
Четвертый вариант картриджа 1 показан на фиг.30-34. Этот вариант картриджа 1 предназначен для выдачи жидких продуктов, таких как концентрированное жидкое молоко. Многие признаки четвертого варианта картриджа 1 являются такими же, как и в предыдущих вариантах, и для аналогичных признаков использованы те же позиции. В нижеследующем описании обсуждают различия между четвертым и предыдущими вариантами. Общие признаки, имеющие аналогичные функции, подробно обсуждаться не будут.
Внешний элемент 2 является таким же, как и в третьем варианте картриджа 1, как показано на фиг.19-23.
Цилиндрическая воронка 40 внутреннего элемента 3 аналогична показанной для второго варианта картриджа 1, но с некоторыми отличиями. Как показано на фиг.30, выпускной носик выполнен с верхним участком 106 в форме усеченного конуса и с нижним цилиндрическим участком 107. Три осевых ребра 105 предусмотрены на внутренней поверхности выпускного носика 43 для направления полученного напитка вниз к выпускному отверстию 44 и предотвращения турбуленции напитка внутри носика. Следовательно, ребра 105 служат в качестве направляющих экранов. Как и во втором варианте картриджа 1, в кольцевом фланце 47 предусмотрено отверстие 71 для поступления воздуха. Однако желоб 75 под отверстием 71 более удлиненный, чем во втором варианте.
Предусмотрен юбочный участок 80, аналогичный тому, что показан для третьего варианта картриджа 1, описанного выше. В ободе 84 предусмотрено от 5 до 12 отверстий 85.
Обычно предусмотрено десять отверстий, а не пять, как в третьем варианте картриджа 1.
Предусмотрена кольцевая чаша 100, продолжающаяся от фланца 83 юбочного участка 80 и выполненная с ним за одно целое. Кольцевая чаша 100 содержит расширяющийся корпус 101 с открытым верхним входным отверстием 104, направленным вверх. Четыре подающих отверстия 103, показанные на фиг.30 и 31, расположены в корпусе 101 на нижнем конце чаши 100 или около него, где она соединяется с юбочным участком 80. Предпочтительно, подающие отверстия равноразнесены по периферии чаши 100.
Ламинированный материал 5 представляет собой материал того же типа, что описан выше в предыдущих вариантах.
Процедура сборки четвертого варианта картриджа 1 является такой же, как и для третьего варианта.
Работа четвертого варианта картриджа аналогична работе третьего варианта. Вода поступает в картридж 1 и смесительную камеру 134 так же, как раньше. В камере вода смешивается с жидким продуктом и разбавляет его, а затем вытесняется вниз чаши 100 и через отверстия 85 к выпускному отверстию 44, как описано выше. Часть жидкого продукта, изначально содержавшегося в кольцевой чаше 100, как показано на фиг.34, не подвергается немедленному разбавлению водой, поступающей в смесительную камеру 134. Разбавленный жидкий продукт в нижней части смесительной камеры 134 будет стремиться выйти через отверстия 85, а не подниматься в кольцевую чашу 100 через верхнее входное отверстие 104. Следовательно, жидкий продукт в кольцевой чаше 100 останется относительно концентрированным на первых стадиях рабочего цикла по сравнению с продуктом в нижней части смесительной камеры 134. Жидкий продукт в кольцевой чаше 100 капает через подающие отверстия 103 под действием силы тяжести в поток продукта, выходящий из смесительной камеры 134 через отверстия 85 и вниз чаши 100. Кольцевая чаша 100 служит для выравнивания концентрации разбавленного жидкого продукта, поступающего в цилиндрическую воронку 40, путем удерживания части концентрированного жидкого продукта и выпускания его в поток выходящей жидкости постоянно во время рабочего цикла, как показано на фиг.35а, на которой концентрация молока, измеренная как процент от общего количества сухих веществ, показана во время рабочего цикла длительностью приблизительно 15 с. Линия «а» показывает профиль концентрации при наличии чаши 100, в то время как линия «b» показывает картридж без чаши 100. Видно что профиль концентрации при наличии чаши 100 является более равномерным во время рабочего цикла и нет немедленного резкого падения концентрации, которое происходит при отсутствии чаши 100. Начальная концентрация молока обычно составляет 30-35% растворимых веществ и в конце цикла - 10% растворимых веществ. Это приводит к тому, что коэффициент разбавления составляет около 3 к 1, хотя в настоящем изобретении возможны коэффициенты разбавления от 1 к 1 до 6 к 1. Для других жидких ингредиентов напитка концентрации могут меняться. Например, для жидкого шоколада начальная концентрация составляет приблизительно 67% растворимых веществ, а в конце цикла - 12-15% растворимых веществ. Это приводит к коэффициенту разбавления (соотношению водной среды и ингредиента напитка в разливаемом напитке) около 5 к 1, хотя в настоящем изобретении возможны коэффициенты разбавления от 2 к 1 до 10 к 1. Для жидкого кофе начальная концентрация составляет 40-67%, а концентрация в конце разлива - 1-2%. В результате, коэффициент разбавления составляет от 20 к 1 до 70 к 1, хотя в настоящем изобретении возможны коэффициенты разбавления от 10 к 1 до 100 к 1.
Из кольцевого канала 86 напиток под давлением подается через отверстие 128 вследствие давления напитка, собранного в фильтрационной камере 134 и камере 90. Напиток таким образом подается через отверстие 128 в виде сильной узкой струи и в расширительную камеру, образованную верхним концом выпускного носика 43. Как показано на фиг.34, струя напитка проходит прямо над отверстием 71 для воздуха. По мере поступления напитка в выпускной носик 43 давление струи напитка падает. В результате воздух захватывается в поток напитка в виде маленьких воздушных пузырьков при поступлении воздуха через отверстие 71. Струя напитка, выходящая из отверстия 128, выпускного отверстия через воронку вниз к выпускному отверстию 44, из которого напиток выливается в приемник, такой как чашка, в котором воздушные пузырьки образуют требуемый пенистый вид.
Предпочтительно, внутренний элемент 3, внешний элемент 2, ламинированный материал 5 и фильтр 4 могут легко стерилизоваться благодаря тому, что эти детали являются отделяемыми и каждая отдельная деталь не содержит извилистых проходов или узких щелей. Необходимые проходы образуются только после соединения деталей после их стерилизации. Это особенно важно, когда ингредиентом напитка является продукт на основе молока, такой как концентрат жидкого молока.
Четвертый вариант осуществления картриджа для напитка особенно предпочтителен для выдачи концентрированного жидкого продукта на основе молока, такого как жидкое молоко. Раньше продукты из порошкообразного молока предоставлялись в виде маленьких пакетов для добавления в заранее приготовленный напиток. Однако для напитка типа каппучино необходимо взбивать молоко в пену. Это ранее достигалось путем пропускания пара через жидкий молочный продукт. Однако для этого необходимо обеспечить подачу пара, что повышает стоимость и сложность машины, используемой для выдачи напитка. Использование пара также увеличивает риск травмы во время работы картриджа. Соответственно настоящее изобретение обеспечивает картридж для напитка с концентрированным жидким продуктом на основе молока. Обнаружено что путем концентрации молочного продукта может быть произведено значительно больше пены из определенного объема молока по сравнению со свежим или пастеризованным молоком. Это снижает размеры, необходимые для картриджа с молоком. Свежее полужирное молоко содержит около 1,6% жира и 10% сухого вещества. Продукты концентрированного жидкого молока по изобретению содержат от 0,1 до 12% жира и 25-40% сухого вещества. В типичном примере продукт содержит 4% жира и 30% сухого вещества. Продукты концентрированного жидкого молока пригодны для образования пены с использованием машины для приготовления под низким давлением, как будет описано ниже. В частности, образование пены из молока происходит при давлениях ниже 2 бар, предпочтительно приблизительно 1,5 бар, с использованием картриджа согласно четвертому варианту осуществления, описанному выше.
Образование пены из концентрированного молока особенно предпочтительно для таких напитков, как каппучино и молочные коктейли. Предпочтительно прохождение молока через отверстие 128 и над отверстием 71 для воздуха, а также возможное использование чаши 100 позволяет достичь уровня вспенивания молока выше 40%, предпочтительно выше 70%. Для жидкого шоколада возможны уровни вспениванивания выше 70%. Для жидкого кофе возможны уровни вспенивания выше 70%. Уровень вспенивания измеряется как отношение объема полученной пены к объему жидкого ингредиента выданного напитка. Например, если выдано 138,3 мл напитка, из которых 58,3 мл представляют собой пену, то вспенивание составляет [58,3/(138,3-58,3)]·100=72,9%. Вспенивание молока (и других жидких ингредиентов) усиливается при наличии чаши 100, как можно видеть на фиг.35b. Вспенивание молока, выдаваемого при наличии чаши 100 (линия «а»), выше, чем молока, выдаваемого при отсутствии чаши (линия «b»). Это происходит потому, что вспенивание молока находится в прямой зависимости от концентрации молока, и, как показано на фиг.35а, чаша 100 поддерживает более высокую концентрацию молока в течение большей части рабочего цикла. Известно также, что вспенивание молока находится в прямой зависимости от температуры водной среды, как показано на фиг.35с. Таким образом, чаша 100 является предпочтительной, поскольку больше молока остается в картридже почти до конца рабочего цикла, когда водная среда имеет самую высокую температуру. Это тоже улучшает пенообразование.
Картридж согласно четвертому варианту осуществления также предпочтителен для выдачи жидких кофейных продуктов.
Обнаружено, что варианты картриджа для напитка по изобретению успешно обеспечивают улучшенную консистенцию выдаваемого напитка по сравнению с картриджами уровня техники. См. таблицу 1 ниже, которая показывает результаты выхода сваренного продукта для двадцати образцов для каждого из картриджей А и В, содержащих обжаренный и молотый кофе. Картридж А представляет собой картридж для напитка в соответствии с первым вариантом настоящего изобретения. Картридж В представляет собой картридж для напитка согласно уровню техники, описанному WO 01/58786 (заявитель). Коэффициент преломления сваренного напитка измеряется в единицах по Бриксу и преобразуется в процент растворимых веществ (%РВ) с использованием стандартных таблиц и формул. В нижеприведенных примерах:
%РВ = 0,7774 * (значение по Бриксу) + 0,0569.
% выхода = (%РВ * Объем сваренного напитка (г))/
(100 * вес кофе (г))
| Таблица 1 КАРТРИДЖ А | |||||
| Образец | Объем сваренного напитка (г) | Вес кофе (г) | Брикс | % РВ (*) | % Выхода |
| 1 | 105,6 | 6,5 | 1,58 | 1,29 | 20,88 |
| 2 | 104,24 | 6,5 | 1,64 | 1,33 | 21,36 |
| 3 | 100,95 | 6,5 | 1,67 | 1,36 | 21,05 |
| 4 | 102,23 | 6,5 | 1,71 | 1,39 | 21,80 |
| 5 | 100,49 | 6,5 | 1,73 | 1,40 | 21,67 |
| 6 | 107,54 | 6,5 | 1,59 | 1,29 | 21,39 |
| 7 | 102,70 | 6,5 | 1,67 | 1,36 | 21,41 |
| 8 | 97,77 | 6,5 | 1,86 | 1,50 | 22,61 |
| 9 | 97,82 | 6,5 | 1,7 | 1,38 | 20,75 |
| 10 | 97,83 | 6,5 | 1,67 | 1,36 | 20,40 |
| 11 | 9,6 | 6,5 | 1,78 | 1,44 | 21,63 |
| 12 | 106,64 | 6,5 | 1,61 | 1,31 | 21,47 |
| 13 | 99,26 | 6,5 | 1,54 | 1,25 | 19,15 |
| 14 | 97,29 | 6,5 | 1,59 | 1,29 | 19,35 |
| 15 | 101,54 | 6,5 | 1,51 | 1,23 | 19,23 |
| 16 | 104,23 | 6,5 | 1,61 | 1,31 | 20,98 |
| 17 | 97,5 | 6,5 | 1,73 | 1,40 | 21,03 |
| 18 | 100,83 | 6,5 | 1,68 | 1,36 | 21,14 |
| 19 | 101,67 | 6,5 | 1,67 | 1,36 | 21,20 |
| 20 | 101,32 | 6,5 | 1,68 | 1,36 | 21,24 |
| Среднее | 20,99 |
КАРТРИДЖ В
| Образец | Объем сваренного напитка (г) | Вес кофе (г) | Брикс | % РВ (*) | % Выхода |
| 1 | 100,65 | 6,5 | 1,87 | 1,511 | 23,39 |
| 2 | 95,85 | 6,5 | 1,86 | 1,503 | 22,16 |
| 3 | 98,4 | 6,5 | 1,8 | 1,456 | 22,04 |
| 4 | 92,43 | 6,5 | 2,3 | 1,845 | 26,23 |
| 5 | 100,26 | 6,5 | 1,72 | 1,394 | 21,50 |
| 6 | 98,05 | 6,5 | 2,05 | 1,651 | 24,90 |
| 7 | 99,49 | 6,5 | 1,96 | 1,581 | 24,19 |
| 8 | 95,62 | 6,5 | 2,3 | 1,845 | 27,14 |
| 9 | 94,28 | 6,5 | 2,17 | 1,744 | 25,29 |
| 10 | 96,13 | 6,5 | 1,72 | 1,394 | 20,62 |
| 11 | 96,86 | 6,5 | 1,81 | 1,464 | 21,82 |
| 12 | 94,03 | 6,5 | 2,2 | 1,767 | 25,56 |
| 13 | 96,28 | 6,5 | 1,78 | 1,441 | 21,34 |
| 14 | 95,85 | 6,5 | 1,95 | 1,573 | 23,19 |
| 15 | 95,36 | 6,5 | 1,88 | 1,518 | 22,28 |
| 16 | 92,73 | 6,5 | 1,89 | 1,526 | 21,77 |
| 17 | 88 | 6,5 | 1,59 | 1,293 | 17,50 |
| 18 | 93,5 | 6,5 | 2,08 | 1,674 | 24,08 |
| 19 | 100,88 | 6,5 | 1,75 | 1,417 | 22,00 |
| 20 | 84,77 | 6,5 | 2,37 | 1,899 | 24,77 |
| СРЕДНЕЕ | 23,09 |
Статистический анализ вышеприведенных данных по t-критерию Стьюдента дает следующие результаты:
| Таблица 2 Тест по t-критерию Стьюдента: двухвыборочный с равными дисперсиями | ||
| Выход % (картридж А) | Выход % (картридж В) | |
| Среднее значение | 20,99 | 23,09 |
| Дисперсия | 0,77 | 5,04 |
| Наблюдения | 20 | 20 |
| Объединенная дисперсия | 2,90 | |
| Гипотетическая разница между средними | 0 | |
| Df (степень свободы критерия) | 38 | |
| T Стат | - 3,90 | |
| P(T<=t)односторонний | 0,000188 | |
| t критический односторонний | 1,686 | |
| P(T<=t) двусторонний | 0,000376 | |
| t критический двусторонний | 2,0244 | |
| Среднеквадратическое отклонение | 0,876 | 2,245 |
Анализ показывает, что консистенция % выхода, которая равносильна крепости сваренного напитка, для картриджей по изобретению значительно улучшена (при 95%-ной достоверности) по сравнению с картриджами уровня техники, со стандартным отклонением 0,88% по сравнению с 2,24%. Это означает, что напитки, полученные с использованием картриджей по изобретению, имеют более повторяемую и постоянную крепость. Это является предпочтительным для потребителей, которым нравится, чтобы напитки, которые они пьют, постоянно имели один и тот же вкус и которые не хотят случайных изменений в крепости напитка.
Материалы описанных выше картриджей могут быть снабжены барьерным покрытием для улучшения стойкости к кислороду и/или влагостойкости, и/или стойкости к другим загрязняющим веществам. Барьерное покрытие может также улучшить защиту от утечки ингредиентов напитка из картриджей и/или уменьшить степень выщелачивания растворимых веществ из материалов картриджа, которые могут неблагоприятно воздействовать на ингредиенты напитка. Барьерное покрытие может представлять собой материал, выбранный из группы полиэтилентерефталат (PET), полиамид, этиленвиниловый спирт (EVOH), поливинилденхлорид (PVDC) или металлизированный материал. Барьерное покрытие может быть нанесено несколькими способами, включая, но без ограничения этим, осаждение из паровой фазы, вакуумное напыление, плазменное покрытие, коэкструзия, нанесение в форме и двух/многостадийное формование.
1. Картридж (1), содержащий один или более ингредиентов (200) напитка и образованный из по существу воздухо- и водонепроницаемых материалов, содержащий или способный образовать по меньшей мере одно входное отверстие для подачи водной среды в картридж и по меньшей мере одно выпускное отверстие, отличающийся тем, что поток водной среды через картридж происходит по существу в направлении радиально внутрь от по меньшей мере одного входного отверстия к по меньшей мере одному выпускному отверстию.
2. Картридж (1) по п.1, который содержит камеру хранения (130; 134), содержащую один или более ингредиентов.
3. Картридж (1) по п.2, в котором камера хранения содержит или может образовать по меньшей мере одно входное отверстие (17; 36), которое направлено внутрь.
4. Картридж (1) по любому предшествующему пункту, в котором картридж является дискообразным.
5. Картридж (1) по п.4, в котором входное отверстие (121) для подачи водной среды в картридж расположено на периферии картриджа или около нее.
6. Картридж (1) по п.5, в котором картридж, кроме того, содержит периферический коллектор (16), отделенный от камеры хранения (130; 134) стенкой (13), в котором стенка содержит множество направленных внутрь входных отверстий.
7. Картридж (1) по п.6, в котором множество направленных внутрь входных отверстий направлены радиально внутрь.
8. Картридж (1) по п.6 или 7, содержащий отверстие (12), через которое один или более ингредиентов напитка могут быть загружены в камеру хранения, причем отверстие закрыто крышкой (5), которая при использовании может прокалываться, чтобы принять выливаемый поток напитка, полученного в результате взаимодействия водной среды и одного или более ингредиентов напитка в камере хранения.
9. Картридж (1) по п.8, в котором периферический коллектор (16) расположен на периферии картриджа.
10. Картридж (1) по п.9, в котором стенка (13) содержит 3-40 отверстий (17; 36).
11. Картридж (1) по п.10, в котором стенка (13) содержит 3-5 отверстий (17; 36).
12. Картридж (1) по п.10, в котором стенка содержит 35-40 упомянутых отверстий (17; 36).
13. Картридж (1) по любому из пп.10-12, в котором каждое отверстие (17; 36) имеет площадь поперечного сечения от 0,45 до 0,65 мм2.
14. Картридж (1) по п.13, содержащий впускную камеру (26), сообщающуюся с периферическим коллектором (16).
15. Картридж (1) по п.14, в котором впускная камера (26) сообщается с периферическим коллектором (16) посредством одного или более отверстий (30), образованных в стенке (27) впускной камеры.
16. Картридж (1) по п.15, кроме того, содержащий фильтр (4), расположенный между камерой хранения (130; 134) и по меньшей мере частью нижней стороны верха (11) картриджа, между фильтром и верхом картриджа образованы один или более проходов (57), эти один или более проходы сообщаются с выпускным отверстием (122), за счет чего путь потока напитка, соединяющий входное отверстие (121) с выпускным отверстием (122), проходит вверх через фильтр (4) в один или более проходов.
17. Картридж (1) по п.16, содержащий внешний элемент (2) и внутренний элемент (3), соединенный при сборке с внешним элементом, внутренний элемент образует выпускное отверстие картриджа.
18. Картридж (1) по п.17, в котором внутренний элемент (3) содержит выпускной носик (43), образующий выпускное отверстие.
19. Картридж (1) по п.18, в котором входное отверстие и/или выпускное отверстие закрыты по существу воздухо- и водонепроницаемым материалом до образования при использовании входного отверстия и/или выпускного отверстия в картридже.
20. Картридж (1) по п.19, в котором входное отверстие и/или выпускное отверстие закрыты по существу воздухо- и водонепроницаемым ламинированным материалом (5).
21. Картридж по любому из пп.17-20, в котором внешний элемент (2) и/или внутренний элемент (3) образованы из полипропилена.
22. Картридж (1) по п.21, в котором внешний элемент (2) и/или внутренний элемент (3) образованы методом литья под давлением.
23. Кассета из картриджей (1) по любому предшествующему пункту, в которой процентный выход напитка, произведенного из одного или более ингредиентов напитка, содержащихся в картридже, находится в пределах 1,0 стандартного отклонения.
