Картридж и способ для приготовления напитков
Изобретение относится к картриджам, используемым в машинах для приготовления, например, кофе, чая, капуччино и т.п. Картридж содержит один или более жидких ингредиентов напитка и выполнен из по существу воздухо- и водонепроницаемых материалов. Картридж содержит вход для введения в картридж водной среды, отделение, содержащее один или более жидких ингредиентов напитка, и выход для выдачи напитка, полученного путем разбавления одного или более жидких ингредиентов напитка водной средой. Указанное отделение содержит средство задержки разбавления, по меньшей мере, части одного или более жидких ингредиентов напитка при подаче водной среды в отделение. При использовании путь для потока водной среды расположен от входа до выхода, а средство задержки разбавления содержит перегородку, которая препятствует поступлению, по меньшей мере, части одного или более жидких ингредиентов напитка в путь для потока водной среды. Средство задержки выполнено так, что задерживает разбавление, по меньшей мере, части одного или более жидких ингредиентов напитка при подаче в отделение водной среды. Изобретение обеспечивает получение широкого выбора напитков, просто и надежно в работе. 8 н. и 69 з.п. ф-лы, 49 ил., 4 табл.
Настоящее изобретение относится к картриджу и способу для приготовления напитков, в частности, с использованием герметичных картриджей, которые выполнены из по существу воздухо- и водонепроницаемых материалов и которые содержат один или несколько ингредиентов для приготовления напитков.
Ранее уже предлагалось запечатывать ингредиенты для приготовления напитка в отдельные воздухонепроницаемые упаковки. Например, известны картриджи или капсулы, содержащие упакованный (уплотненный) молотый кофе, предназначенные для использования в некоторых машинах для приготовления кофе, которые обычно называют машинами «эспрессо». При приготовлении кофе с использованием этих машин картридж с кофе помещают в варочную камеру, а через картридж пропускают под относительно высоким давлением горячую воду, извлекая таким образом из молотого кофе ароматические составляющие кофе для получения кофейного напитка. Обычно такие машины работают под давлением более 6 х 105 Па. Машины для приготовления кофе описанного типа до настоящего времени были довольно дорогостоящими, поскольку такие компоненты машины, как водяные насосы и уплотнения, должны выдерживать высокое давление.
В заявке WO 01/58786 описан картридж для приготовления напитков, который работает под давлением по существу в интервале от 0,7 до 2,0 х 105 Па. Однако этот картридж сконструирован для использования в машине для коммерческого или промышленного приготовления напитка и является относительно дорогим. Поэтому сохраняется потребность в картридже для приготовления напитков, при котором картриджи и машина для приготовления напитка пригодны, в частности, по стоимости, рабочим характеристикам и надежности, для применения в быту. Существует также потребность машины для приготовления напитков в такой системе, которая проста в эксплуатации, надежна в работе и может производить широкий выбор видов напитков.
Известно применение в картриджах ингредиентов напитка на основе молочных продуктов в форме порошка или другой обезвоженной форме. Однако потребители единодушно указывают, что применение таких порошкообразных молочных продуктов оказывает отрицательное влияние на вкус, цвет и текстуру готового напитка. Доказана трудность получения жидких продуктов на основе молочных продуктов в картридже в связи с необходимостью стерилизации компонентов картриджа. Кроме того, оказалось трудным контролировать разбавление и розлив жидких молочных продуктов таким образом, чтобы выйти на постоянный по качеству и приемлемый готовый напиток.
Кроме того, молочные продукты в форме порошка не могут использоваться для производства аутентично выглядящей молочной пены, как этого требуют потребители для напитков типа капучино. В ряде машин для приготовления напитков применяется паровой зонд или аналогичное устройство для вспенивания определенного количества молока. Однако добавление парового зонда повышает стоимость машины и требует средства генерирования пара. Управление паровым зондом должно осуществляться вручную и требует опыта для того, чтобы быть успешным. Кроме того, в связи с использованием пара существует опасность ожога потребителя или паром, или горячими деталями машины. Кроме того, потребитель должен иметь источник молока, отдельный от машины, и выполняет дополнительную производственную операцию иного типа для производства напитка типа капучино. Это повышает сложность и увеличивает время, требуемое для получения таких напитков.
Поэтому сохраняется потребность в системе приготовления напитков, в которой картриджи и машина для приготовления напитков системы пригодны, в частности, по стоимости, рабочим характеристикам и надежности, для бытового использования. Существует также потребность в машине для приготовления напитков для такой системы, которая проста в эксплуатации, надежна в работе и может производить широкий выбор видов напитков.
Соответственно, настоящее изобретение предлагает картридж, содержащий один или несколько жидких ингредиентов напитка, и выполненный из по существу воздухо- и водонепроницаемых материалов, причем картридж содержит вход для введения в картридж водной среды, отделение, содержащее один или несколько жидких ингредиентов напитка и выход для выдачи напитка, полученного путем разбавления одного или нескольких жидких ингредиентов напитка водной средой, причем указанное отделение содержит средство контроля разбавления по меньшей мере части одного или нескольких жидких ингредиентов напитка при подаче водной среды в отделение.
Предпочтительно картридж по изобретению обеспечивает улучшенное разбавление и выдачу жидких ингредиентов напитка, гарантируя более равномерную выдачу жидких ингредиентов напитка в течение рабочего цикла вместо их полной выдачи в начале рабочего цикла, сопровождаемой практически чистой водной средой, которой является, например, вода. Эта равномерная выдача жидких ингредиентов напитка ведет к улучшению однородности раздаваемого жидкого напитка. Кроме того, в том случае, когда разбавленный жидкий напиток подвергается затем вспениванию, например, путем нагнетания через отверстие, улучшенная однородность жидкости ведет к повышению консистентности вспенивания и улучшению качества и количества пены, полученной в расчете на единицу объема жидкого напитка.
Предпочтительно средство контроля разбавления задерживает разбавление по меньшей мере части одного или нескольких жидких ингредиентов напитка при подаче в отделение водной среды.
Предпочтительно при использовании путь для потока водной среды размещают от входа до выхода, а средство задержки разбавления содержит перегородку, которая препятствует поступлению по меньшей мере части одного или нескольких жидких ингредиентов напитка в путь для потока водной среды. В одном варианте выполнения перегородка содержит одно или несколько отверстий для контролируемого выделения по меньшей мере части одного или нескольких жидких ингредиентов напитка в путь для потока водной среды. Возможно применение четырех отверстий.
Перегородка может содержать чашеобразный элемент с отверстием, обращенным в сторону от пути для потока водной среды. Чашеобразный элемент предпочтительно является кольцевым. На основании чашеобразного элемента или рядом с ним предпочтительно обеспечено одно или более отверстий. По меньшей мере часть жидких ингредиентов напитка, находящихся в чашеобразном элементе, стекает, например, под действием силы тяжести через одно или несколько используемых отверстий.
В одном варианте выполнения чашеобразный элемент отделяется промежутком от нижней части картриджа, так что путь для потока водной среды проходит между чашеобразным элементом и нижней частью картриджа. В результате, по меньшей мере часть жидких ингредиентов напитка, находящихся в чашеобразном элементе, стекает под воздействием силы тяжести через одно или более используемых отверстий по вертикали вниз, в путь для потока водной среды.
Предпочтительно картридж содержит внутренний элемент и наружный элемент, причем внутренний элемент содержит чашеобразный элемент. Компоненты внутреннего элемента и наружного элемента легче стерилизовать перед сборкой, когда они разделены. Сразу после соединения компонентов образован ряд узких, извилистых каналов, которые невозможно эффективно стерилизовать, используя известные методы. Возможность стерилизации компонентов является особенно выгодным признаком при использовании картриджа для выдачи напитков на основе молочных продуктов, таких как молоко.
Предпочтительно картридж содержит также средство получения сильной струи напитка, в котором указанное средство получения сильной струи напитка содержит отверстие на пути для потока водной среды. Отверстие может быть образовано в зоне перехода между внутренним элементом и наружным элементом.
Предпочтительно картридж содержит также по меньшей мере один вход для воздуха и средство генерирования снижения давления в струе напитка, в результате чего при использовании воздух из по меньшей мере одного входа для воздуха включается в напиток в форме множества мелких пузырьков. По меньшей мере один вход для воздуха может быть расположен во внутреннем элементе вслед за отверстием по ходу потока.
В одном варианте выполнения по меньшей мере один вход для воздуха и средство для понижения давления в струе напитка обеспечивает вспенивание одного или более жидких ингредиентов напитка в объеме более 40%. Предпочтительно более 70%. Предпочтительно картридж является дискообразным. Наружный элемент и/или внутренний элемент выполняют, например, из полипропилена.
В одном из примеров жидкий ингредиент напитка является концентрированной жидкой молочной композицией. Предпочтительно концентрированное жидкое молоко содержит от 25 до 40% сухого вещества. Более предпочтительно концентрированное жидкое молоко содержит 30 % сухого вещества. Также предпочтительно концентрированное жидкое молоко содержит от 0,1 до 12% жира. С другой стороны один или более жидких ингредиентов напитка выбраны из группы, которая включает сухие вещества какао, кофе, чай, подсластители, стимулирующие напитки, приправы, спиртные напитки, ароматизированное молоко, фруктовые соки, сквош(разбавленный сок), соусы и десерты.
Настоящее изобретение предлагает также способ выдачи напитка из картриджа, содержащего один или более жидких ингредиентов напитка, в течение рабочего цикла, включающего в себя операции пропуска водной среды через картридж для образования напитка путем разбавления указанных одного или более жидких ингредиентов, вспенивания указанного напитка и выдачи вспененного напитка в приемник, а также контроля степени разбавления указанных одного или более ингредиентов напитка, так что вспененный выдаваемый напиток имеет концентрацию в начале рабочего цикла от 30 до 70% сухого вещества и концентрацию в конце рабочего цикла от 1 до 15% сухого вещества.
В одном варианте выполнения концентрация в начале рабочего цикла составляет от 30 до 35% сухого вещества. Концентрация в конце рабочего цикла составляет приблизительно 10% сухого вещества. Жидким ингредиентом может быть концентрированное молоко. В другом варианте выполнения концентрация в начале рабочего цикла составляет от 60 до 70% сухого вещества. Концентрация в конце рабочего цикла составляет от 12 до 15% сухого вещества. Жидкий ингредиент может содержать сухие вещества какао. В другом варианте выполнения концентрация в начале рабочего цикла составляет от 40 до 70% сухого вещества. Концентрация в конце рабочего цикла составляет от 1 до 2% сухого вещества. Жидкий ингредиент может содержать кофе.
Настоящее изобретение предлагает также способ выдачи напитка из картриджа, содержащего один или более жидких ингредиентов напитка, в течение рабочего цикла, включающего операции пропуска водной среды через картридж для образования напитка путем разбавления указанных одного или более жидких ингредиентов, и выдачи напитка в приемник, причем один или более жидких ингредиентов напитка вспенивают при выдаче до уровня от 20 до 150%.
Предпочтительно один или более жидких ингредиентов напитка вспенивают до уровня от 70 до 100%.
Один или более жидких ингредиентов напитка могут включать в себя один или более ингредиентов из концентрированного молока, кофе и частиц какао.
Настоящее изобретение предлагает также напиток, полученный указанными способами.
Настоящее изобретение предлагает также способ изготовления картриджа для выдачи напитка, который предусматривает следующие операции:
а) изготовление множества наружных элементов, содержащих по меньшей мере наружный элемент первого типа и наружный элемент второго типа, имеющие различающуюся форму и конфигурации;
b) изготовление множества внутренних элементов, содержащих по меньшей мере внутренний элемент первого типа и внутренний элемент второго типа, имеющие различающуюся форму и конфигурации;
с) хранение указанного множества наружных элементов и указанных внутренних элементов;
d) выбор из множества наружных элементов одного из наружных элементов первого типа и одного из наружных элементов второго типа;
е) выбор из множества внутренних элементов одного из внутренних элементов первого типа и одного из внутренних элементов второго типа;
f) соединение выбранного внутреннего элемента с выбранным наружным элементом, так что внутренний элемент находится внутри наружного элемента;
g) заполнение наружного элемента одним или более ингредиентами напитка, выбранными из множества ингредиентов напитка; и
h) запечатывание наружного элемента крышкой для образования картриджа.
Способ изготовления по изобретению предлагает экономичное средство производства картриджа для выдачи одного из множества напитков. Важно, что этот картридж легко собирается из основных компонентов внутреннего элемента, наружного элемента, ингредиента напитка и крышки. В зависимости от предназначенного к выдаче ингредиента изготавливают различные типы наружного элемента, внутреннего элемента и крышки. Однако различающиеся типы наружного элемента, внутреннего элемента и крышки взаимозаменяемы, так что можно собирать специальные картриджи из особых сочетаний исходных компонентов. Это ведет к уменьшению количества всех компонентов, которые требуется производить, не оказывая при этом отрицательного воздействия на разнообразие видов картриджей, которые могут быть произведены. Например, наружный элемент одного и того же типа может использоваться для выдачи фильтрованного кофе и кофе типа эспрессо.
Стоимость изготовления ряда картриджей для напитков понижается за счет использования взаимозаменяемых компонентов. Кроме того, типы наружного элемента разделяют по существу одну и ту же наружную форму и конфигурацию, так что все картриджи этого ряда могут применяться для выдачи с использованием одной и той же машины для приготовления напитков.
Дополнительно способ предусматривает также в операции b соединение с внутренним элементом первого типа и/или второго типа фильтровального элемента.
Наружный элемент первого типа может подходить для приема обжаренных и молотых ингредиентов напитка или т.п. Наружный элемент второго типа может подходить для приема обжаренных и молотых ингредиентов напитка или т.п.
Внутренний элемент первого типа может подходить для фильтрации обжаренных и молотых ингредиентов напитка или т.п. Внутренний элемент второго типа может подходить для фильтрации обжаренных и молотых ингредиентов напитка или т.п. и для захвата множества воздушных пузырьков выдаваемым напитком.
Внутренний элемент первого и второго типа может содержать раму с помещенным на ней фильтром, в которых периферийный обод рамы соединен с выбранным типом наружного элемента посредством сварки.
Путем использования для внутреннего и наружного элементов отдельных компонентов, которые затем соединены в сборочную единицу посредством сварочного процесса, можно оптимизировать изготовление каждого компонента и сборку картриджа. Это важно для настоящего картриджа, где желательны очень небольшие допуски, поскольку путь для потока напитка через картридж ограничивается зоной перехода между наружным элементом и внутренним элементом. Кроме того, компоненты внутреннего элемента и наружного элемента можно легче стерилизовать перед сборкой, когда они разделены. Сразу после сварки компонентов между собой образуется несколько узких, извилистых каналов, которые невозможно эффективно стерилизовать известными способами. Возможность стерилизации компонентов является особенно выгодным признаком при использовании картриджа для выдачи напитков на основе молочных продуктов, таких как молоко. Применение сварки является быстрым и надежным способом соединения внутреннего и наружного элемента. Важно, что способ сварки позволяет обойтись без клея или других подобных адгезивов внутри картриджа, где они будут открыты для контакта с ингредиентами напитка.
Предпочтительно внутренний элемент второго типа содержит средство получения сильной струи напитка, содержащее отверстие на пути для потока напитка между входом и выходом картриджа.
Предпочтительно способ предусматривает изготовление и хранение внутреннего элемента третьего типа. Внутренний элемент третьего типа может подходить для выдачи растворимых ингредиентов напитка и тому подобного.
Предпочтительно способ предусматривает изготовление и хранение внутреннего элемента четвертого типа. Внутренний элемент четвертого типа может подходить для выдачи жидких ингредиентов напитка и тому подобного.
Внутренние элементы третьего и четвертого типа могут содержать юбку, окружающую выход, причем юбка содержит верхний выступ, имеющий верхний обод, который входит в зацепление при сборке со взаимодействующим образованием наружного элемента выбранного типа, образуя посадку с защелкиванием для соединения внутреннего элемента третьего или четвертого типа с наружным элементом выбранного типа.
Настоящее изобретение предлагает систему картриджей для выдачи множества напитков, которая содержит:
а) множество наружных элементов, содержащих по меньшей мере наружный элемент первого типа и наружный элемент второго типа, имеющие различающуюся форму и конфигурации;
b) множество внутренних элементов, содержащих по меньшей мере внутренний элемент первого типа и внутренний элемент второго типа, имеющие различающуюся форму и конфигурации;
с) множество ингредиентов напитка и
d) по меньшей мере одну крышку для герметизации картриджа;
в которой каждый картридж содержит наружный элемент, внутренний элемент, один или более ингредиентов напитка и крышку.
Настоящее изобретение предлагает также способ приготовления напитка, предусматривающий операции:
а) введения первого картриджа для напитка, содержащего один или более ингредиентов напитка, в машину для приготовления напитка;
b) приведение в действие указанной машины для приготовления напитка для пропуска водной среды через первый картридж напитка для выдачи первой части указанного напитка в приемник;
с) введения второго картриджа для напитка, содержащего один или более ингредиентов напитка, в машину для приготовления напитка;
d) приведение в действие указанной машины для приготовления напитка для пропускания водной среды через второй картридж напитка для выдачи второй части указанного напитка в приемник;
причем один из первого и второго картриджей для напитков содержит жидкий ингредиент на основе молочных продуктов.
Путем использования для приготовления напитка двух или более картриджей возможно получить широкий выбор напитков в одной и той же машине для производства напитков. Кроме того, каждый картридж может быть оптимизирован для выдачи конкретных ингредиентов напитка. В частности, способность выдавать жидкие ингредиенты на основе молочных продуктов допускают образование напитков, обладающих подлинным внешним видом, вкусом и ощущением на губах, которые ранее можно было получить только используя системы, не основанные на картриджах, таких как использование отдельного парового зонда для вспенивания массовых объемов молока. Настоящий способ предлагает надежную и удобную в эксплуатации систему образования таких напитков.
Предпочтительно один из первого или второго картриджей для напитков содержит ингредиент, предназначенный для образования сваренной части напитка.
Предпочтительно способ предусматривает также операцию извлечения первого картриджа для напитка перед вставкой второго картриджа для напитка.
В одном варианте выполнения ингредиентом напитка в первом или втором картридже для напитка является обжаренный и молотый кофе. В другом варианте выполнения ингредиентом напитка в первом или втором картридже для напитка является листовой чай. Еще в одном варианте ингредиентом напитка в первом или втором картридже для напитка является жидкий кофейный ингредиент.
Предпочтительно жидким ингредиентом напитка является концентрированный продукт на основе молока. Предпочтительно концентрированным продуктом на основе молока является концентрированное жидкое молоко. Предпочтительно концентрированное жидкое молоко содержит от 25 до 40% сухого вещества. Более предпочтительно концентрированное жидкое молоко содержит 30% сухого вещества. Кроме того, предпочтительно концентрированное жидкое молоко содержит от 0,1 до 12% жира.
Предпочтительно способ предусматривает также операцию вспенивания во время выдачи одного или более ингредиентов на основе молочных продуктов.
Настоящее изобретение предлагает также систему приготовления напитков, содержащую машину для приготовления напитков, имеющую средство приема различных картриджей для напитков и средство пропускания водной среды через указанные картриджи для напитков, причем первый картридж для напитков содержит один или более ингредиентов напитка для приготовления первой порции указанного напитка, а второй картридж для напитков содержит один или более ингредиентов напитка для приготовления второй порции указанного напитка, причем первый или второй картриджи для напитков содержат жидкий ингредиент на основе молочных продуктов.
Понятно, что термин «картридж», применяемый здесь, означает любую упаковку, контейнер, пакет-саше или приемник, который содержит один или более ингредиентов напитка так, как описано выше. Картридж может быть жестким, полужестким или гибким.
Картридж по изобретению содержит один или более жидких ингредиентов напитка, пригодных для образования готового напитка. Готовый напиток может быть выбран, например, из группы, состоящей из кофе, чая, шоколада и напитка на основе молочных продуктов, включая молоко.
В следующем описании термины «верхний» и «нижний», а также эквивалентные им будут использованы для описания относительного размещения признаков изобретения. Термины «верхний» и «нижний», а также эквивалентные им должны рассматриваться как относящиеся к картриджу (или другим компонентам) при их нормальной ориентации для установки в машине для приготовления напитков и последующей выдачи, как показано, например, на фиг.4. В частности, «верхний» и «нижний» относятся соответственно к относительным положениям ближе и дальше от верхней поверхности 11 картриджа. Кроме того, термины «внутренний» и «наружный», а также эквивалентные им будут использоваться для описания относительного положения признаков изобретения. Термины «внутренний» и «наружный», а также эквивалентные им должны рассматриваться как относящиеся к относительным положениям на картридже (или других компонентах), находящимся соответственно ближе и дальше от центра или главной оси Х картриджа 1 (или другого компонента).
Далее будут описаны варианты выполнения настоящего изобретения только в качестве примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 - вид в сечении наружного элемента первого и второго вариантов выполнения картриджа;
Фиг.2 - вид в сечении детали наружного элемента по Фиг.1, показывающий обращенный внутрь цилиндрический выступ;
Фиг.3 - вид в сечении детали наружного элемента по Фиг.1, показывающий щель;
Фиг.4 - вид в перспективе сверху наружного элемента по Фиг.1;
Фиг.5 - вид в перспективе сверху наружного элемента по Фиг.1 в перевернутом положении;
Фиг.6 - вид сверху наружного элемента по Фиг.1;
Фиг.7 - вид в сечении внутреннего элемента по первому варианту 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 - другой вид в сечении внутреннего элемента по Фиг.12;
Фиг.17 - вид в сечении другой детали внутреннего элемента по Фиг.12, показывающий вход для воздуха;
Фиг.18 - вид в сечении второго варианта выполнения картриджа в собранном состоянии;
Фиг.19 - вид в сечении наружного элемента третьего и четвертого вариантов выполнения картриджа;
Фиг.20 - вид в сечении детали наружного элемента по Фиг.19, показывающий обращенный внутрь цилиндрический выступ;
Фиг.21 - вид сверху наружного элемента по Фиг.19;
Фиг.22 - вид в перспективе сверху наружного элемента по Фиг.19;
Фиг.23 - вид в перспективе сверху наружного 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 завернутый внутрь верхний обод;
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 по изобретению;
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.35 - вид в перспективе спереди машины для приготовления напитков, предназначенной для использования с настоящим изобретением;
Фиг.36 - вид в перспективе спереди машины по Фиг.35 с картриджем, находящимся в открытом положении;
Фиг.37 - вид в перспективе сзади машины по Фиг.35, где некоторые детали опущены для наглядности;
Фиг.38 - другой вид в перспективе сзади машины по Фиг.35, где некоторые детали опущены для наглядности;
Фиг.39 - вид в перспективе картриджной головки машины по Фиг.35, где некоторые детали опущены для наглядности;
Фиг.40 - другой вид в перспективе картриджной головки машины по Фиг.35, на котором некоторые детали опущены для наглядности;
Фиг.41 - вид в сечении картриджной головки в закрытом положении;
Фиг.42 - вид в сечении картриджной головки в открытом положении;
Фиг.43 - блок-схема машины по Фиг.35;
Фиг.44а и 44b - блок-схемы первого и второго средств распознавания кода для машины по Фиг.35;
Фиг.45 - вид сверху напитка по изобретению, содержащего штрих-код;
Фиг.46а - график зависимости концентрации от длительности рабочего цикла;
Фиг.46b - график зависимости образования пены от длительности рабочего цикла;
Фиг.46c - график зависимости температуры от длительности рабочего цикла.
Как показано на фиг.11, картридж 1 в общем содержит наружный элемент 2, внутренний элемент 3 и ламинированный материал 5. Наружный элемент 2, внутренний элемент 3 и ламинированный материал 5 собраны, образуя картридж 1, который имеет внутреннюю часть 120 для содержания одного или более ингредиентов напитка, вход 121, выход 122 и путь для потока напитка, который соединяет вход 121 и выход 122 и который проходит через внутреннюю часть 120. Вход 121 и выход 122 первоначально запечатаны ламинированным материалом 5 и открываются при использовании путем пробивания или прорезания ламинированного материала 5. Путь для потока напитка определяется пространственными взаимосвязями между наружным элементом 2, внутренним элементом 3 и ламинированным материалом 5, как будет рассмотрено ниже. В картридж 1 могут быть дополнительно включены другие компоненты, такие как фильтр 4, как будет описано далее.
Первый вариант картриджа 1, который будет описан в качестве базового варианта, показан на фиг.1-11. Первый вариант картриджа 1 в особенности предназначен для использования при выдаче фильтрованных продуктов, таких как обжаренный и молотый кофе или листовой чай. Однако этот вариант картриджа 1 и другие варианты, описанные ниже, могут использоваться с другими продуктами, такими как шоколад, кофе, чай, подсластители, стимулирующие напитки, приправы, спиртные напитки, ароматизированное молоко, фруктовые соки, фруктовые соки с газированной водой, выпивка и десерты.
Как показано на фиг.5, картридж 1 имеет в общем круглую или дискообразную форму, причем диаметр картриджа 1 значительно больше его высоты. Главная ось Х проходит через центр наружного элемента, как показано на фиг.1. Обычно весь диаметр наружного элемента 2 составляет 74,5 мм ±6 мм, а общая высота составляет 16 мм ±3 мм. Обычно объем картриджа 1 после сборки составляет 30,2 мл ±20%.
Наружный элемент 2 содержит в общем чашеобразный кожух 10, имеющий изогнутую кольцевую стенку 13, закрытый верх 11 и открытую нижнюю часть 12. Диаметр наружного элемента 2 на верху 11 меньше, чем диаметр нижней части 12, что связано с расширением кольцевой стенки 13 книзу, при переходе от закрытого верха 11 к открытой нижней части 12. Кольцевая стенка 13 и закрытый верх 11 образуют вместе приемник с внутренней частью 34.
В закрытом верхе 11 выполнен обращенный внутрь полый цилиндрический выступ 18, центрированный по главной оси Х. Как лучше показано на фиг.2, цилиндрический выступ 18 содержит ступенчатый профиль, имеющий первый, второй и третий участки 19, 20 и 21. Первый участок 19 имеет форму правильного круглого цилиндра. Второй участок 20 имеет форму усеченного конуса и скошен вовнутрь. Третий участок 21 является другим участком с формой правильного круглого цилиндра и замыкается нижней поверхностью 31. Диаметр первого, второго и третьего участков 19, 20 и 21 последовательно уменьшается, так что диаметр цилиндрического выступа 18 уменьшается при перемещении от верха 11 до закрытой нижней поверхности 31 цилиндрического выступа 18. По существу горизонтальный заплечик 32 образован на цилиндрическом выступе 18 в месте стыка между вторым и третьим участками 20 и 21.
На наружном элементе 2 в направлении нижней части 12 выполнен выступающий наружу заплечик 33. Выступающий наружу заплечик 33 образует вторичную стенку 15, соосную с кольцевой стенкой 13 так, чтобы образовать кольцевой путь, образующий коллектор 16 между вторичной стенкой 15 и кольцевой стенкой 13. Коллектор 16 проходит по окружности наружного элемента 2. В кольцевой стенке 13 выполнен ряд щелей 17 вровень с коллектором 16, чтобы обеспечить перемещение газа и жидкости между коллектором 16 и внутренней частью 34 наружного элемента 2. Как показано на фиг.3, щели 17 представляют собой вертикальные прорези в кольцевой стенке 13. Применяется от 20 до 40 щелей. В показанном варианте выполнения применяется тридцать семь щелей 17, равноразнесенных по окружности коллектора 16. Щели 17 предпочтительно имеют длину от 1,4 до 1,8 мм. Обычно длина каждой щели составляет 1,6 мм, составляя 10% от общей высоты наружного элемента 2. Ширина каждой щели составляет от 0,25 до 0,35 мм. Обычно ширина каждой щели составляет 0,3 мм. Щели 17 достаточно узки для того, чтобы не допустить попадания ингредиентов напитка в коллектор 16 как при хранении, так и при использовании.
Входная камера 26 образована в наружном элементе 2 по периферии наружного элемента 2. Как лучше всего показано на фиг.5, предусмотрена цилиндрическая стенка 27, которая образует собою входную камеру 26 и отделяет входную камеру 26 от внутренней части 34 наружного элемента 2. Цилиндрическая стенка 27 имеет закрытую верхнюю поверхность 28, которая расположена в плоскости, перпендикулярной главной оси Х, и открытый нижний конец 29, находящийся в одной плоскости с нижней частью 12 наружного элемента 2. Входная камера 26 сообщается, как показано на фиг.1, с коллектором 16 через две щели 30. С другой стороны, для сообщения между коллектором 16 и входной камерой 26 может использоваться от одной до четырех щелей.
Нижний конец выступающего наружу заплечика 33 снабжен выступающим наружу фланцем 35, который отходит перпендикулярно главной оси Х. Обычно фланец 35 имеет ширину от 2 до 4 мм. Часть фланца 35 увеличена, образуя ручку 24, за которую можно держать наружный элемент 2. Ручка 24 снабжена обращенным вверх ребром 25 с целью улучшить захват.
Наружный элемент 2 выполнен за одно целое из полиэтилена высокой плотности, полипропилена, полистирола, полиэфира или ламинированного материала из двух или более указанных материалов. Подходящий полипропилен можно выбрать из полимеров фирмы DSM UK Limited (Реддич, Великобритания). Наружный элемент может быть непрозрачным, прозрачным или полупрозрачным. Производственным процессом может быть литьевое формование.
Внутренний элемент 3, как показано на фиг.7-10, содержит кольцевую раму 41 и отходящую вниз цилиндрическую воронку 40. Главная ось Х, как показано на фиг.7, проходит через центр внутреннего элемента 3.
Как показано лучше всего на фиг.8, кольцевая рама 41 содержит наружный обод 51 и внутреннюю втулку 52, которые соединены десятью равноразнесенными радиальными перемычками 53. Внутренняя втулка 52 образует одно целое с цилиндрической воронкой 40 и отходит от нее. В кольцевой раме 41 между радиальными перемычками 53 выполнены фильтровальные отверстия 55. Фильтр 4 размещен на кольцевой раме 41 таким образом, чтобы накрыть фильтровальные отверстия 55. Фильтр предпочтительно изготавливают из материала, обладающего высокой прочностью во влажном состоянии, например из нетканого волокнистого материала из полиэфира. Другие материалы, которые могут использоваться, включают водонепроницаемый целлюлозный материал, такой как целлюлозный материал, содержащий нетканые бумажные волокна. Нетканые бумажные волокна могут быть смешаны с волокнами из полипропилена, поливинилхлорида и/или полиэтилена. Включение этих пластиковых материалов в целлюлозный материал делает целлюлозный материал термосклеивающимся. Фильтр 4 может также быть обработан и покрыт материалом, который активируется нагревом и/или давлением, так что он может приклеиваться к кольцевой раме 41 таким образом.
Как показано на выполненной в сечении Фиг.7, когда внутренняя втулка 52 расположена в нижнем положении относительно наружного обода 51, кольцевая рама 41 имеет наклонный нижний профиль.
Верхняя поверхность каждой перемычки 53 снабжена восстающей перегородкой 54, которая разделяет пространство полости над кольцевой рамой 41 на множество проходов 57. Каждый проход 57 ограничен по сторонам перегородкой 54 и снизу фильтром 4. Проходы 57 идут от наружного обода 51 вниз до цилиндрической воронки 40, открываясь в проемы 56, образованные внутренними краями перегородок 54.
Цилиндрическая воронка 40 содержит внутреннюю трубу 42, окружающую внутренний выдачной патрубок 43. Наружная труба 42 образует внешнюю часть цилиндрической воронки 40. Выдачной патрубок 43 соединен с наружной трубой 42 на верхнем конце выдачного патрубка 43 посредством кольцевого фланца 47. Выдачной патрубок 43 содержит на верхнем конце вход 45, который сообщается с проемами 56 проходов 57 и выходом 44 на нижнем конце, через который приготовленный напиток выдают в чашку или другой приемник. Выдачной патрубок 43 содержит участок в форме усеченного конуса 48 на верхнем конце и цилиндрический участок 58 на нижнем конце. Цилиндрический участок 58 может обладать небольшой конусностью, так что он сужается по направлению к выходу 44. Участок 48 в форме усеченного конуса помогает передавать напиток от проходов 57 вниз, в направлении выхода 44, без придания турбулентности напитку. Верхняя поверхность участка 48 в форме усеченного конуса снабжена четырьмя опорными перемычками 49, равноразнесенными по окружности цилиндрической воронки 40. Опорные перемычки 49 образуют каналы 50 между ними. Верхние кромки несущих перемычек 49 расположены на одном уровне друг с другом и перпендикулярно главной оси Х.
Внутренний элемент 3 может быть выполнен за одно целое из полипропилена или подобного материала, как описано выше, и путем литьевого формования таким же образом, как и наружный элемент 2.
С другой стороны, внутренний элемент 3 и/или наружный элемент 2 могут быть изготовлены из биоразлагаемого полимера. Примеры подходящих материалов включают биоразлагаемый полиэтилен (например, SPITEK фирмы Symphony Environmental, Борхэмвуд, Великобритания), биоразлагаемый полиэфирамид (например, ВАK 1095 фирмы Symphony Environmental), молочные поликислоты (PLA фирмы Cargil, шт. Миннесота, США), полимеры на основе крахмала, производные целлюлозы и полипептидов.
Ламинированный материал 5 образован из двух слоев, первого слоя из алюминия и второго слоя из литого полипропилена. Толщина слоя алюминия составляет от 0,02 до 0,07 мм. Толщина слоя литого полипропилена составляет от 0,025 до 0,065 мм. В одном варианте выполнения толщина слоя алюминия составляет 0,06 мм и слоя полипропилена - 0,025 мм. Этот ламинированный материал особенно пригоден, поскольку обладает большим сопротивлением скручиванию во время сборки. В результате ламинированный материал 5 можно предварительно разрезать с приданием нужного размера и формы и затем передать на сборочный участок производственной линии, при том что он не подвергается короблению. Следовательно, ламинированный материал 5 особенно пригоден для сварки. Могут использоваться и другие ламинированные материалы, включая материалы типа РЕТ/Алюминий/РР, РЕ/EVOН/PP, PET/металлизированный/РР и Алюминий/РР. Вместо вырезанной заготовки возможно применение ламинированного материала в рулонах.
Вместо гибкого ламинированного материала картридж 1 может быть закрыт жесткой или полужесткой крышкой.
Сборка картриджа 1 предусматривает следующие операции:
а) внутренний элемент 3 вставляют в наружный элемент 2;
b) фильтр 4 вырезают с приданием нужной формы и помещают на внутренний элемент 3 таким образом, чтобы разместить его поверх цилиндрической воронки 40 и наложить на кольцевую раму 41;
с) внутренний элемент 3, наружный элемент 2 и фильтр 4 соединяют ультразвуковой сваркой;
d) картридж 1 заполняют одним или более ингредиентами напитка;
е) ламинированный материал 5 прикрепляют к наружному элементу 2.
Эти операции будут более подробно рассмотрены ниже.
Наружный элемент 2 располагают с открытой нижней частью 12, обращенной вверх. Внутренний элемент 3 затем вкладывают в наружный элемент 2 с наружным ободом 51, свободно посаженным в осевой выступ 14 на верху 11 картриджа 1. Цилиндрический выступ 18 наружного элемента 2 в то же время вставлен в верхнюю часть цилиндрической воронки 40 внутреннего элемента 3. Третий участок 21 цилиндрического выступа 18 помещен внутри цилиндрической воронки 40 с закрытой нижней поверхностью 31 цилиндрического выступа 18, опирающейся на опорные перемычки 49 внутреннего элемента 3. Затем на внутренний элемент 3 помещают фильтр 4 таким образом, чтобы материал фильтра соприкасался с кольцевым ободом 51. После этого процесс сварки ультразвуком применяют для соединения фильтра 4 с внутренним элементом 3 одновременно с операцией процесса соединения внутреннего элемента 3 с наружным элементом 2. Внутренний элемент 3 и фильтр 4 сваривают по наружному ободу 51. Внутренний элемент 3 и наружный элемент 2 соединяют с помощью сварных швов вокруг наружного обода 51 и, кроме того, вдоль верхних кромок перемычек 54.
Как наиболее четко показано на фиг.11, наружный элемент 2 и внутренний элемент 3, будучи соединены между собой, образуют полость 130 во внутренней части 120 ниже кольцевого фланца 41 и наружной части цилиндрической воронки 40, образующую фильтровальную камеру. Фильтровальная камера 130 и проходы 57 над кольцевой рамой 41 разделяются фильтровальной бумагой 4.
Фильтровальная камера 130 содержит один или более ингредиентов напитка 200. Один или несколько ингредиентов напитка упакованы в фильтровальную камеру 130. Для напитка фильтруемого типа ингредиентом обычно является обжаренный молотый кофе или листовой чай. Плотность упаковки ингредиентов напитка в фильтровальной камере 130 может варьироваться по желанию. Обычно для получения фильтрованного готового кофе фильтровальная камера содержит от 5,0 до 10,2 грамм обжаренного и молотого кофе в фильтровальном слое обычной толщиной 5-14 мм. Дополнительно внутренняя часть 120 может содержать один или более таких элементов, как шары, которые свободно перемещаются во внутренней части 120, способствуя перемешиванию путем стимулирования турбулентности и разрушая скопления ингредиентов напитка во время выдачи напитка.
Ламинированный материал 5 прикрепляют затем к наружному элементу 2 путем образования сварного шва 126 по периферии ламинированного материала 5 для соединения ламинированного материала 5 с нижней поверхностью выступающего наружу фланца 35. Сварной шов 126 продолжается для плотного прикрепления ламинированного материала 5 к нижней кромке цилиндрической стенки 27 входной камеры 26. Далее между ламинированным материалом 5 и нижней кромкой наружной трубы 42 цилиндрической воронки 40 образуют сварной шов 125. Ламинированный материал 5 образует нижнюю стенку фильтровальной камеры 130 и запечатывает также входную камеру 26 и цилиндрическую воронку 40. Однако перед выдачей между ламинированным материалом 5 и нижней кромкой выдачного патрубка 43 существует небольшой зазор 123. Возможно применение различных способов сварки, таких как сварка нагревом и ультразвуком, в зависимости от характеристик ламинированного материала 5.
Предпочтительно внутренний элемент 3 продолжается между наружным элементом 2 и ламинированным материалом 5. Внутренний элемент 3 выполнен из материала, обладающего относительной жесткостью, такого как полипропилен. Как таковой внутренний элемент 3 образует элемент, несущий нагрузку, который служит для удержания ламинированного материала 5 и наружного элемента 2 разделенными при сжатии картриджа 1. Желательно, чтобы при использовании картридж 1 подвергался сжимающей нагрузке от 130 до 280 Н, причем нагрузка прилагается машиной для приготовления напитка, в которую вставлен картридж. Сжимающее усилие помогает предотвратить разрушение картриджа под действием внутреннего давления и служит также для того, чтобы прижимать друг к другу внутренний элемент 3 и наружный элемент 2. Это гарантирует, что внутренние размеры проходов и отверстий в картридже 1 остаются фиксированными и не могут изменяться во время нагнетания давления в картридже 1.
Для использования картридж 1 сначала вставляют в машину для приготовления напитков, открывая вход 121 и выход 122 пробивными элементами машины для приготовления напитков, которые пробивают и отгибают ламинированный материал 5. Водная среда, обычно вода, поступает в картридж 1 под давлением через вход 121 во входную камеру 26 под давлением 0,1-2,0 бар. Отсюда воду направляют для протекания через щели 30 и вокруг коллектора 16 в фильтровальную камеру 130 картриджа 1 через множество щелей 17. Вода направляется радиально внутрь через фильтровальную камеру 130 и смешивается с ингредиентами 200 напитка, содержащимися в ней. В то же время вода направляется вверх через ингредиенты напитка. Напиток, образованный при прохождении воды через ингредиенты напитка, проходит через фильтр 4 и фильтровальные отверстия 55 в проходы 57, лежащие над кольцевой рамой 41. Герметичное соединение фильтра 4 с перемычками 53 и приваривание обода 51 к наружному элементу 2 гарантирует отсутствие обходных путей и то, что весь напиток должен пройти сквозь фильтр 4.
Затем напиток протекает вниз вдоль радиальных проходов 57, образованных между перемычками 54, и через проемы 56 в цилиндрическую воронку 40. Напиток проходит вдоль каналов 50 между опорными перемычками 47 и вниз по выдачному патрубку 43 к выходу 44, где напиток выпускают в приемник типа чашки.
Предпочтительно машина для приготовления напитка содержит устройство для продувки, которое подает сжатый воздух через картридж 1 в конце рабочего цикла, чтобы слить остатки напитка в приемник.
На фиг.12-18 показан второй вариант картриджа 1. Второй вариант картриджа 1 разработан специально для использования при выдаче продуктов типа эспрессо, таких как обжаренный и молотый кофе, где желательно получить напиток, содержащий пену из крошечных пузырьков, известных как "крема" (итал. "пенка"). Многие признаки второго варианта картриджа 1 являются такими же, как и в первом варианте, и для обозначения одинаковых признаков используются одинаковые числовые позиции. В дальнейшем описании будут рассмотрены различия между первым и вторым вариантами. Общие признаки, действующие одинаковым образом, рассматриваться подробно не будут.
Наружный элемент 2 имеет такую же конструкцию, как и в первом варианте картриджа 1, и как показано на фиг.1-6.
Кольцевая рама 41 внутреннего элемента 3 является такой же, как и в первом варианте. К тому же фильтр 4 расположен на кольцевой раме 41 таким образом, чтобы накрыть фильтровальные отверстия 55. Наружная труба 42 цилиндрической воронки 40 тоже такова же, как и ранее. Однако существует ряд различий в конструкции внутреннего элемента 2 второго варианта по сравнению с первым вариантом. Как показано на фиг.16, выдачной патрубок 43 снабжен перегородкой 65, которая частично продолжается вверх по выдачному патрубку 43 от выхода 44. Перегородка 65 помогает не допустить разбрызгивание и/или расплескивание напитка при его выходе из выдачного патрубка 43. Профиль выдачного патрубка 43 также отличается и содержит ступенчатый профиль с четко видимым искривлением 66 возле верхнего конца трубы 43.
Предусмотрен обод 67, восстающий от кольцевого фланца 47 и соединяющий наружную трубу 42 с выдачным патрубком 43. Обод 47 окружает вход 45 в выдачной патрубок 43 и образует кольцевой канал 69 между ободом 67 и верхней частью наружной трубы 42. Обод 67 снабжен обращенным внутрь заплечиком 68. В одном месте по окружности обода 67 выполнено отверстие 70 в форме щели, идущей от верхней кромки обода 67 до места, расположенного на минимальном расстоянии ниже уровня заплечика 68, как лучше всего показано на фиг.12 и 13. Ширина щели равна 0,64 мм.
В кольцевом фланце 47 предусмотрен вход 71 для воздуха, совмещенный по окружности с отверстием 70, как показано на фиг.16 и 17. Вход 71 для воздуха содержит отверстие, проходящее сквозь фланец 47 таким образом, чтобы обеспечить сообщение между местом выше фланца 47 и полостью ниже фланца 47 между наружной трубой и выдачным патрубком 43. Предпочтительно и как показано, вход 71 для воздуха содержит верхний участок 73 в форме усеченного конуса и нижний цилиндрический участок 72. Вход для воздуха 71 обычно образуют формовочным инструментом, таким как шпилька. Конусный профиль входа 71 для воздуха облегчает извлечение формовочного инструмента из формованного компонента. Стенке наружной трубы 42 рядом со входом 71 для воздуха придана форма желоба 75, ведущего от входа для воздуха 71 до входа 45 выдачного патрубка 43. Как показано на фиг.17, между входом 71 для воздуха и желобом 75 образован скошенный заплечик 74 с целью гарантировать, что сильная струя напитка, выходящая из щели 70, не ударится сразу же о верхнюю поверхность фланца 47 в непосредственной близости от входа 71 для воздуха.
Процедура сборки второго варианта картриджа 1 сходна со сборкой первого варианта. Однако существуют определенные различия. Как показано на фиг.18, третий участок 21 цилиндрического выступа 18 помещен скорее внутрь опорного обода 67, чем на опорные перемычки. Заплечик 32 цилиндрического выступа 18 между вторым участком 20 и третьим участком 21 опирается на верхнюю кромку опорного обода 67 внутреннего элемента 3. Между внутренним элементом 3 и наружным элементом 2 образована таким образом зона 124 перехода, содержащая торцевое уплотнение между цилиндрическим выступом 18 и опорным ободом 67, идущим почти по всей окружности картриджа 1. Уплотнение между цилиндрическим выступом 18 и опорным ободом 67 не является непроницаемым для текучей среды, поскольку щель 70 в опорном ободе 67 проходит через опорный обод 67 и вниз до места, расположенного непосредственно под заплечиком 68. В результате переход между цилиндрическим выступом 18 и опорным ободом 67 превращает щель 70 в отверстие 128, как показано лучше всего на фиг.18, обеспечивая прохождение газа и жидкости между кольцевым каналом 69 и выдачным патрубком 43. Отверстие обычно имеет ширину 0,64 мм и длину 0,69 мм.
Работа второго варианта картриджа при выдаче напитка сходна с работой первого варианта, однако с некоторыми отличиями. Напиток в радиальных проходах 57 стекает вниз по проходам 57, образованным между перемычками 54 и через проемы 56 в кольцевой канал 69 цилиндрической воронки 40. От кольцевого канала 69 напиток направляют через отверстие 128 посредством противодавления напитка, собирающегося в фильтровальной камере 130 и проходах 57. Напиток таким образом пропускается под давлением через отверстие 128 в форме сильной струи и поступает в расширительную камеру, образованную верхним концом выдачного патрубка 43. Как показано на фиг.18, сильная струя напитка проходит непосредственно над входом 71 для воздуха. Когда напиток поступает в выдачной патрубок 43, давление в струе напитка падает. В результате происходит захват воздуха струей напитка в форме множества мелких пузырьков воздуха при всасывании воздуха через вход 71 для воздуха. Сильная струя напитка, выходящая из отверстия 128, направляется вниз к выходу 44, где напиток сливается в приемник типа чашки, где пузырьки воздуха образуют требующийся крем. Таким образом, отверстие 128 и вход 71 для воздуха образуют совместно эжектор, который служит для захвата воздуха напитком. Поток напитка в эжектор нужно поддерживать как можно более плавным с целью уменьшения потерь давления. Предпочтительно стенки эжектора должны быть сделаны вогнутыми с целью уменьшения потерь из-за граничного эффекта, связанного с трением. Допуски по размерам отверстия 128 невелики. Предпочтительно размеры отверстия устанавливают с отклонением плюс или минус 0,02 мм2. Внутри или на выходе из эжектора могут быть предусмотрены волоски, тонкие волокна или другие неровности поверхности с целью увеличить эффективную площадь поперечного сечения, которая может способствовать повышению степени захвата воздуха.
На фиг.19-29 показан третий вариант картриджа 1 по изобретению. Третий вариант картриджа 1 предназначен специально для использования при выдаче растворимых продуктов, которые могут быть в форме порошка, жидкости, сиропа, геля или в аналогичной форме. Растворимый продукт растворяют в водной среде, такой как вода, или образуют в ней взвесь при прохождении водной среды в процессе использования через картридж 1. Примеры напитков включают шоколад, кофе, молоко, суп или другие обезвоженные или растворимые в воде продукты. Многие признаки третьего варианта картриджа 1 являются такими же, как и в предыдущих вариантах, и для обозначения одинаковых признаков используются одинаковые числовые позиции. В дальнейшем описании будут рассмотрены различия между третьим и предыдущими вариантами. Общие признаки, действующие одинаковым образом, рассматриваться подробно не будут.
Как показано на фиг.20, по сравнению с наружным элементом 2 согласно предыдущим вариантам полый, обращенный внутрь цилиндрический выступ 18 наружного элемента 2 согласно третьему варианту имеет больший наружный диаметр. В частности, диаметр первого участка 19 обычно составляет от 16 до 18 мм по сравнению с 13,2 мм для наружного элемента 2 по предыдущим вариантам. В дополнение первый участок 19 снабжен выпуклой наружной поверхностью 19а, или вздутием, как наиболее четко показано на фиг.20, функции которого будут описаны ниже. Однако диаметр третьих участков 21 картриджей 1 является таким же, так что площадь заплечика 32 в этом, третьем, варианте картриджа 1 оказывается больше. Обычно объем картриджа 1 в собранном виде составляет 32,5 мл ± 20%.
Отличается также количество и расположение щелей в нижнем конце кольцевой стенки 13. Применяется от 3 до 5 щелей. В варианте выполнения, показанном на фиг.23, по окружности коллектора 16 разнесены четыре щели 36. Щели 36 несколько шире, чем в предыдущих вариантах картриджа 1, имея ширину от 0,35 до 0,45 мм, предпочтительно 0,4 мм.
В других отношениях наружные элементы 2 картриджей 1 являются такими же.
Конструкция цилиндрической воронки 40 внутреннего элемента 3 является такой же, как в первом варианте картриджа 1, с наружной трубой 42, выдачным патрубком 45, кольцевым фланцем 45 и опорными перемычками 49. Единственное различие заключается в том, что выдачной патрубок 45 снабжен верхним участком 92 в форме усеченного конуса и нижним цилиндрическим участком 93.
В отличие от предыдущих вариантов и как показано на фиг.24-28, кольцевая рама 41 заменена деталью в форме юбки 80, которая окружает цилиндрическую воронку 40 и соединена с ней посредством восьми радиальных кронштейнов 87, которые примыкают к цилиндрической воронке 40 на кольцевом фланце 47 или рядом с ним. Цилиндрический выступ 81 юбки 80 отходит вверх от кронштейнов 87 с образованием камеры 90 с открытой верхней поверхностью. Как показано на фиг.26, верхний обод 91 цилиндрического выступа 81 имеет загнутый внутрь профиль. Кольцевая стенка 82 юбки 80 отходит вниз от кронштейнов 87 с образованием кольцевого канала 86 между юбкой 80 и наружной трубой 42.
Кольцевая стенка 82 содержит на нижнем конце отходящий наружу фланец 83, расположенный перпендикулярно к главной оси Х. Обод 84 отходит вниз от нижней поверхности фланца 83 и содержит пять отверстий 85, равноразнесенных по окружности обода 84. Таким образом, обод 84 снабжен зубчатым нижним профилем.
Между кронштейнами 87 образованы проемы 89, обеспечивающие сообщение между камерой 90 и кольцевым каналом 86.
Процедура сборки третьего варианта картриджа 1 подобна сборке первого варианта при наличии некоторых отличий. Наружный элемент 2 и внутренний элемент 3 плотно соединяют вместе, как показано на фиг.20, и удерживают вместе с помощью посадки с защелкиванием, а не сварки. При соединении двух элементов обращенный внутрь цилиндрический выступ 18 входит внутрь верхнего цилиндрического выступа 81 юбки 80. Внутренний элемент 3 удерживается в наружном элементе 2 путем фрикционного взаимодействия выпуклой наружной стенки 19а первого участка 19 цилиндрического выступа 18 с загнутым внутрь ободом 91 верхнего цилиндрического выступа 81. При внутреннем элементе 3, расположенном в наружном элементе 2, образована смесительная камера 134, расположенная снаружи юбки 80. Смесительная камера 134 содержит ингредиенты 200 напитка перед его приготовлением. Следует отметить, что четыре входа 36 и пять отверстий 85 расположены по окружности со смещением относительно друг друга. Радиальное расположение двух частей относительно друг друга не требуется определять или фиксировать во время сборки, поскольку использование двух входов 36 и пяти отверстий 85 гарантирует отсутствие совмещения между входами и отверстиями независимо от относительного поворота компонентов.
В смесительную камеру 134 картриджа упаковывают один или более ингредиентов напитка. Плотность упаковки ингредиентов напитка в смесительной камере 134 можно варьировать по желанию.
Затем к наружному элементу 2 и внутреннему элементу 3 так же, как описано выше для предыдущих вариантов, прикрепляют ламинированный материал 5.
При использовании вода поступает в смесительную камеру 134 через четыре щели 36 таким же образом, как в предыдущих вариантах картриджа. Воду прокачивают в радиальном направлении внутрь через смесительную камеру и смешивают с содержащимися в ней ингредиентами напитка. Продукт растворяется или смешивается в воде и образует в смесительной камере 134 напиток, который затем отводят через отверстия 85 в кольцевой канал 86 под действием противодавления напитка и воды в смесительной камере 134. Размещение по окружности со смещением четырех входных щелей 36 и пяти отверстий 85 гарантирует, что сильные струи воды не могут пройти радиально прямо от входных щелей 36 до отверстий 85 без циркуляции в смесительной камере 134. Таким образом значительно повышается степень и равномерность разбавления и смешивания продукта. Напиток отводится вверх в кольцевой канал 86 через отверстия 89 между кронштейнами 87 и в камеру 90. Напиток проходит из камеры 90 через входы 45 между опорными перемычками 49 в выдачной патрубок 43 в направлении выхода 44, где напиток выпускают в приемник типа чашки. Картридж находит особое применение с ингредиентами напитка в форме вязких жидкостей или гелей. В одной из областей применения в картридже 1 содержится ингредиент в форме жидкого шоколада с вязкостью от 1700 до 3900 мПа при температуре окружающей среды и от 5000 до 10000 мПа при температуре 0°С и рефрактивное сухое вещество в количестве 67 брикс ±3. В другой области применения в картридже 1 содержится жидкий кофе с вязкостью от 70 до 2000 мПа при температуре окружающей среды и от 80 до 5000 мПа при температуре 0°С, где кофе имеет суммарное содержание сухих веществ на уровне от 40 до 70%. Жидкий кофейный ингредиент может содержать от 0,1 до 2,0 вес.% бикарбоната натрия и предпочтительно от 0,5 до 1,0 вес.%. Бикарбонат натрия служит для поддержания рН кофе на уровне 4,8 или ниже, обеспечивая доведение срока хранения заполненных кофе картриджей до 12 месяцев.
На фиг.30-34 показан четвертый вариант картриджа 1 по изобретению. Четвертый вариант картриджа 1 предназначен, в частности, для использования при выдаче жидких продуктов, таких как концентрированное жидкое молоко. Многие признаки четвертого варианта картриджа 1 являются такими же, как и в предыдущих вариантах, и для обозначения одинаковых признаков используются одинаковые числовые позиции. В дальнейшем описании будут рассмотрены различия между четвертым и предыдущими вариантами. Общие признаки, действующие одинаковым образом, рассматриваться подробно не будут.
Наружный элемент 2 имеет такую же конструкцию, как и в третьем варианте картриджа 1 и как показано на фиг.19-23.
Цилиндрическая воронка 40 внутреннего элемента 3 подобна показанной во втором варианте картриджа 1, однако при некоторых отличиях. Как показано на фиг.30, выдачной патрубок 43 снабжен верхним участком 106 в форме усеченного конуса и нижним цилиндрическим участком 107. На внутренней поверхности выдачного патрубка 43 выполнены три аксиальных ребра 105, предназначенные для того, чтобы направлять выдаваемый напиток в направлении выхода 44 и не допускать турбуленции выдаваемого напитка в патрубке. В результате ребра 105 служат отражательными перегородками. Как и во втором варианте картриджа 1, вход 71 для воздуха выполнен в кольцевом фланце 47. Однако патрубок 75 под входом 71 для воздуха более вытянут, чем во втором варианте.
Аналогично третьему варианту картриджа 1, описанному выше, имеется юбочная часть 80. В ободе 84 имеется от 5 до 12 отверстий. Обычно вместо пяти отверстий, предусмотренных для третьего варианта картриджа 1, обеспечивают десять отверстий.
Предусмотрена кольцевая чаша 100, отходящая от фланца 83 юбки 80 и образующая с ним одно целое. Кольцевая чаша 100 содержит раструб 101 с верхним отверстием 104, обращенным вверх. Четыре питающих отверстия 103 показаны на фиг.30 и 31 и расположены в элементе 101 на нижнем конце чаши 100 или рядом с ним, там, где он соединен с юбкой 80. Предпочтительно питающие отверстия равноразнесены по окружности чаши 100.
Ламинированный материал 5 относится к типу, описанному выше в предыдущих вариантах выполнения.
Процедура сборки четвертого варианта картриджа 1 является такой же, как и в случае третьего варианта.
Эксплуатация четвертого варианта картриджа подобна эксплуатации третьего варианта. Вода поступает в картридж 1 и в смесительную камеру 134 так же, как и ранее. Здесь вода смешивается с жидким продуктом и разбавляет его, после чего он под давлением отводится ниже чаши 100 и через отверстия 85 в направлении выхода 44, как описано выше. Часть жидкого продукта, первоначально содержавшегося в кольцевой чаше 100, как показано на фиг.34, не сразу подвергается разбавлению водой, поступающей в смесительную камеру 134. Скорее всего разбавленный жидкий продукт в нижней части смесительной камеры 134 будет стремиться выйти через отверстия 85 вместо того, чтобы поступать вверх и в кольцевую чашу 100 через верхнее отверстие 104. В результате жидкий продукт в кольцевой чаше 100 останется относительно концентрированным на начальных стадиях рабочего цикла по сравнению с продуктом в нижней части смесительной камеры 134. Жидкий продукт в кольцевой чаше 100 просачивается через питающие отверстия 103 под воздействием силы тяжести в поток продукта, покидающего смесительную камеру 134 через отверстия 85 и под чашу 100. Кольцевая чаша служит для выравнивания концентрации разбавленного жидкого продукта, поступающего в цилиндрическую воронку 40 путем задержки части концентрированного жидкого продукта и постепенной выдачи его в канал для отходящей струи жидкости, как показано на фиг.46а, где показана концентрация молока, измеренная в процентах по сухому веществу, в течение рабочего цикла длительностью приблизительно 15 секунд. Линия «а» показывает профиль концентрации при наличии чаши 100, в то время как линия «b» показывает картридж без чаши 100. Можно видеть, что профиль концентрации при наличии чаши 100 во время рабочего цикла является более равномерным, и не наблюдается резкого падения концентрации в самом начале, как происходит при отсутствии чаши 100. Первоначальная концентрация молока обычно составляет 30-35% SS (сухих веществ), а в конце цикла она составляет 10% SS. Это ведет к коэффициенту разбавления примерно 3 к 1, хотя по изобретению возможны коэффициенты разбавления от 1 к 1 до 6 к 1. Для других жидких ингредиентов напитка концентрация может варьироваться. Например, в случае жидкого шоколада первоначальная концентрация составляет приблизительно 67% SS, а в конце цикла 12-15% SS. В результате получается коэффициент разбавления (отношение водной среды к ингредиенту напитка в выдаваемом напитке) порядка 5 к 1, хотя по изобретению возможны коэффициенты разбавления от 2 к 1 до 10 к 1. В случае жидкого кофе первоначальная концентрация составляет от 40 до 67%, а концентрация в конце выдачи 1-2% SS. В результате получается коэффициент разбавления от 20 к 1 до 70 к 1, хотя по изобретению возможны коэффициенты разбавления от 10 к 1 до 100 к 1.
От кольцевого канала 86 напиток направляют через отверстие 128 посредством противодавления напитка, собирающегося в фильтровальной камере 134 и камере 90. Напиток таким образом пропускается под давлением через отверстие 128 в форме сильной струи и поступает в расширительную камеру, образованную верхним концом выдачного патрубка 43. Как показано на фиг.34, сильная струя напитка проходит непосредственно над входом 71 для воздуха. Когда напиток поступает в выдачной патрубок 43, давление в струе напитка падает. В результате происходит захват воздуха струей напитка в форме множества мелких пузырьков воздуха при всасывании воздуха через вход 71 для воздуха. Сильная струя напитка, выходящая из отверстия 128, направляется вниз к выходу 44, где напиток сливается в приемник типа чашки, где пузырьки воздуха образуют требующуюся пенистость.
Важно, что внутренний элемент 3, наружный элемент 2, ламинированный материал 5 и фильтр 4 могут все быть легко стерилизованы, поскольку эти компоненты могут разделяться и не содержат по отдельности извилистых проходов или узких щелей. Требуемые проходы образуются только после соединения компонентов после стерилизации. Это особенно важно в случае, когда ингредиентом напитка является продукт на молочной основе, такой как жидкий концентрат молока.
Четвертый вариант выполнения картриджа для напитка особенно удобен для выдачи концентрированного жидкого молочного продукта, такого как жидкое молоко. Ранее порошковые молочные продукты предлагали в форме пакетика (саше) для добавления в предварительно приготовленный напиток. Однако в напитке типа капуччино необходимо вспенивать молоко. Ранее этого достигали путем пропуска пара через жидкий молочный продукт. Однако это требует организации подачи пара, что повышает стоимость и сложность машины, применяемой для выдачи напитка. Использование пара повышает также опасность травмы при эксплуатации картриджа. Соответственно, настоящее изобретение предлагает для напитка картридж, который содержит концентрированный жидкий продукт на основе молока. Обнаружено, что за счет концентрации молочного продукта можно добиться образования большего количества пены из расчета на определенный объем молока по сравнению с использованием свежего или пастеризованного молока. Это уменьшает размеры, требуемые для молочного картриджа. Свежее полуснятое молоко содержит приблизительно 1,6% жира и 10% сухого вещества. Концентрированное жидкое молоко, пригодное для изобретения, содержит от 0,1 до 12% жира и 25-40% сухого вещества. В типичном примере молочная загрузка содержит 4% жира и 30% сухого вещества. Заправки концентрированного молока подходят для вспенивания с использованием приготовительной машины низкого давления, как будет описано ниже. В частности, вспенивание молока достигается под давлением ниже 2 бар, предпочтительно приблизительно 1,5 бар с использованием картриджа четвертого варианта выполнения, описанного выше.
Вспенивание концентрированного молока особенно важно для таких напитков как капучино и молочные коктейли. Предпочтительно подача молока через отверстие 128 и над входом 71 для воздуха при дополнительном использовании чаши 100 позволяет добиться уровня вспенивания молока больше 40%, предпочтительно больше 70%. Для жидкого шоколада возможен уровень вспенивания более 70%. Для жидкого кофе возможен уровень вспенивания более 70%. Уровень вспениваемости измеряют как отношение объема полученной пены к объему выдаваемого жидкого ингредиента напитка. Например, в случае выдачи 138,3 мл напитка, из которого 58,3 мл - пена, вспениваемость измеряют как [58,3/(138,3-58,3)] х 100 = 72,9%. Вспениваемость молока (и других жидких ингредиентов) улучшается за счет применения чаши 100, как показано на фиг.46b. Вспениваемость молока, выдаваемого при наличии чаши 100 (линия а) выше, чем молока, выдаваемого без чаши (линия b). Это связано с тем, что вспениваемость молока прямо связана с концентрацией молока и, как показано на фиг.35а, чаша 100 поддерживает более высокую концентрацию молока в течение большей части рабочего цикла. Известно также, что вспениваемость молока прямо связана с температурой водной среды, как показано на фиг.46с. Таким образом, чаша 100 создает преимущества, поскольку большая часть молока остается в картридже почти до конца рабочего цикла, когда водная среда нагрета сильнее. Это тоже способствует повышению вспениваемости.
Картридж по четвертому варианту выполнения также обеспечивает преимущества в выдаче жидких кофейных продуктов.
Обнаружено, что варианты выполнения картриджа для напитков по изобретению имеют то преимущество, что обеспечивают улучшенное постоянство выдаваемого напитка по сравнению с применявшимися до сих пор картриджами. Приведенная ниже табл.1 показывает результаты выхода напитка для двадцати образцов для каждого из картриджей А и В, содержащих обжаренный молотый кофе. Картридж А является картриджем для напитков согласно первому варианту выполнения настоящего изобретения. Картридж В является картриджем существующего типа, описанным в заявке заявителя WO 01/58786. Коэффициент преломления приготовленного напитка изменяют в бриксах и преобразуют в процентное содержание растворимых сухих веществ (%SS), используя стандартные таблицы и формулы. В примерах ниже:
%SS = 0,7774 х (значение в бриксах) + 0,0569
Выход, % = (%SS х объем напитка (г))/(100 х вес кофе (г))
| Таблица 1 | |||||
| Картридж А | |||||
| Образец | Объем напитка, г | Вес кофе, г | Брикс | %SS (х) | Выход, % |
| 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 | 21,06 |
| 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 | 97,6 | 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 напитка, г | Вес кофе, г | Брикс | %SS (х) | Выход, % |
| 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 | 1,484 | 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 | 1,596 | 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 указанных данных по Стьюденту дал следующие результаты:
| Таблица 2 | ||
| Проверка по Стьюденту: Разброс по двум, предположительно одинаковым, образцам | ||
| Выход, % (картридж А) |
Выход, % (картридж В) |
|
| Среднее | 20,99 | 23,09 |
| Разброс | 0,77 | 5,04 |
| Наблюдения | 20 | 20 |
| Суммарный разброс | 2,90 | |
| Предполагаемая средняя разница | 0 | |
| Df | 38 | |
| Начало проверки | -3,90 | |
| Р(Т<=t) односторонний критерий | 0,000188 | |
| t критический односторонний критерий | 1,686 | |
| Р(Т<=t) двухсторонний критерий | 0,000376 | |
| t критический двухсторонний критерий | 2,0244 | |
| Стандартное отклонение | 0,876 | 2,245 |
Анализ показывает, что постоянство выхода в %, который соответствует крепости напитка, значительно лучше для картриджей по изобретению (при доверительном уровне 95%), чем в применявшихся до сих пор картриджах, со стандартным отклонением 0,88% по сравнению с 2,24%. Это означает, что напитки, которые выдают с помощью картриджа по изобретению, обладают более воспроизводимой и однородной крепостью. Это предпочитают потребители, которые регулярно потребляют свой напиток и не любят случайных изменений его крепости.
Материалы описанных выше картриджей могут быть снабжены защитным покрытием с целью повышения их сопротивляемости кислороду, и/или влаге, и/или проникновению других загрязнений. Защитное покрытие может также улучшить сопротивление утечке ингредиентов напитка из картриджей и/или уменьшить степень выделения экстрагируемых веществ из материалов картриджа, которые могут оказать отрицательное влияние на ингредиенты напитка. Защитное покрытие может быть материалом, выбранным из группы, включающей полиэтилен, полиамид, EVOH, поливинилденхлорид или металлизированый материал. Защитное покрытие может быть нанесено несколькими способами, включая вакуумное осаждение, осаждение из паровой фазы, плазменное покрытие, биметаллическое выдавливание, маркировка в форме и двух- и многоступенчатая формовка, но не ограничиваясь ими.
Машина 201 для приготовления напитков, предназначенная для использования с настоящим изобретением, для использования с описанными выше картриджами для напитков, показана на фиг.35-45. Машина 201 для приготовления напитков содержит в целом корпус 210, включающий в себя водяной резервуар 220, водонагреватель 225, водяной насос 230, воздушный компрессор 235, управляющий процессор, интерфейс пользователя 240 и картриджную головку 250. Картриджная головка 250 содержит в свою очередь держатель 251 картриджа, предназначенный для удерживания картриджа для напитков 1 при использовании, средство 252 распознавания картриджей, пробивные устройства 253 и 254 на входе и выходе, предназначенные для образования в картридже для напитков 1 в процессе использования входа 121 и выхода 122.
Корпус 210 вмещает и удерживает на месте другие компоненты машины 201. Корпус 210 предпочтительно изготавливают целиком или частично из крепкой пластмассы, такой как ABS. С другой стороны, корпус 210 может быть целиком или частично выполнен из металла, такого как нержавеющая сталь или алюминий. Корпус 210 предпочтительно имеет конструкцию в форме грейфера, обладая передней половиной 211 и задней половиной 212, обеспечивающими доступ при сборке для установки компонентов машины 201, которые могут затем быть соединены вместе с образованием внутренней части 213 корпуса 210. Задняя половина 212 имеет углубление 214 для крепления водяного резервуара 220. Корпус 210 выполнен со средствами типа защелок, опор, приливов и участков с резьбой, предназначенных для удерживания компонентов машины 201 в нужном положении без необходимости использования отдельного шасси. Это снижает общую стоимость и вес машины 201. Основание 215 корпуса 210 предпочтительно снабжают ножками для устойчивого размещения на них машины. С другой стороны, само основание 215 может иметь форму, образующую устойчивую опору.
Передняя половина 211 корпуса 210 содержит выдачной участок 270, на котором происходит выдача напитка. Выдачной участок 270 содержит приемный стенд 271, имеющий полую внутреннюю часть, образующую поддон 272. Верхняя поверхность 273 приемного стенда снабжена решеткой 274, на которую помещают приемник. Поддон 272 может извлекаться из корпуса 210 для того, чтобы облегчить удаление скопившейся воды. В передней половине корпуса 210 над приемным стендом 271 выполнено углубление 275, позволяющее приспособиться к размерам приемника.
Картриджная головка 250 расположена, как показано на фиг.35 и 36, в направлении верха корпуса 210 над приемным стендом. Желательно, можно регулировать высоту решетки 274 относительно картриджной головки 250 с целью иметь возможность принимать приемники различных размеров. Желательно, чтобы приемник находился как можно ближе к картриджной головке 250, одновременно обеспечивая установку и извлечение приемника из выдачного участка 270, с тем чтобы свести к минимуму высоту, на которую должен опуститься выдаваемый напиток перед тем, как коснуться приемника. Это позволяет свести к минимуму разбрызгивание и расплескивание напитка и свести к минимуму потери захваченных пузырьков воздуха там, где они присутствуют. Предпочтительно, между решеткой 274 и картриджной головкой 250 могут быть вставлены приемники высотой от 70 мм до 110 мм.
Интерфейс пользователя 240 машины расположен спереди корпуса 210 и включает кнопку пуска/остановки 241 и несколько индикаторов состояния 243-246.
Индикаторы состояния 243-246 предпочтительно включают светоизлучающий диод (СИД) 243, предназначенный для указания на готовность машины 201, СИД 244, указывающий на погрешность, случившуюся в работе машины 201, и один или несколько СИД 245-256, предназначенных для того, чтобы указывать, работает ли машина 201 в ручном или автоматическом режиме. По команде СИД 243-256 могут светиться с постоянной интенсивностью, прерывисто мигать или показывать то и другое в зависимости от состояния машины 201. СИД 243-256 могут иметь различные цвета, включая зеленый, красный и желтый.
Кнопка пуска/остановки 241 управляет началом рабочего цикла и является управляемой вручную кнопкой, переключателем и тому подобным.
Возможно применение устройства регулирования объема, позволяющего пользователю машины 201 регулировать вручную объем выданного напитка без изменения других рабочих характеристик. Предпочтительно устройство регулирования объема позволяет регулировать объем в пределах плюс/минус 20%. Устройством регулирования объема может быть поворотный маховик, линейный ползун, цифровой индикатор с кнопками приращения и уменьшения и тому подобное. Обычно объем контролирует пользователь с помощью кнопки пуска/остановки 241.
На машине 201 может быть предусмотрен ручной выключатель электропитания (не показан). С другой стороны, электропитание можно контролировать просто путем включения в сеть или отключения от нее вилки питания.
Водяной резервуар 220 расположен в задней части корпуса 210 и соединен с задней половиной 212 корпуса 210. Водяной резервуар 220 содержит в общем цилиндрический корпус 221, который может быть правильным цилиндром круглого сечения или может иметь форму усеченного конуса, в зависимости от желаний по эстетическим причинам. Резервуар содержит вход для заполнения резервуара водой, который при использовании закрывают снимаемой вручную крышкой 222. Выход предусматривается в направлении нижнего конца резервуара, который сообщается с водяным насосом 230. Водяной резервуар 220 может быть выполнен из прозрачного или полупрозрачного материала, позволяющего потребителю видеть количество воды, остающейся в резервуаре. С другой стороны, водяной резервуар 220 может быть сделан из непрозрачного материала, но снабжен смотровым окном. Кроме того, или вместо указанного выше, водяной резервуар 220 может быть снабжен датчиком нижнего уровня, который прекращает работу водяного насоса 230 и дополнительно включает предупреждающий индикатор, такой как СИД, когда уровень воды в резервуаре спускается до установленного значения. Водяной резервуар 220 предпочтительно имеет внутреннюю емкость приблизительно 1,5 литра.
Водяной насос 230 оперативно подключен между водяным резервуаром 220 и водонагревателем 225, как схематично показано на фиг.43, и управляется управляющим процессором. Насос обеспечивает максимальный расход в размере 900 мл/мин при максимальном давлении 2,5 бар. Предпочтительно при обычном использовании давление должно ограничиваться 2 бар. Расход воды через машину 201 может контролироваться управляющим процессором в форме доли в процентах от максимальной подачи насоса путем периодического прерывания электропитания насоса. Предпочтительно насос может приводиться в действие при любом значении из 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% или 100% от максимальной номинальной подачи. Точность при перекачивании объема воды предпочтительно составляет ± 5%, что ведет к точности в ± 5% получения конечного объема выдаваемого напитка. Подходящим насосом является насос Evolution EP6 фирмы Ulka S.r.l. (Павия, Италия). Объемный датчик расхода (не показан) предпочтительно установлен на линии гидросистемы или перед водяным насосом 230, или после него. Предпочтительно объемным датчиком расхода является центробежный датчик.
Водонагреватель 225 располагается во внутренней части корпуса 210. Нагреватель 225 обладает номинальной мощностью 1550 Вт и может нагревать воду, поступающую из водяного насоса 230 с начальной температуры приблизительно 20°С до рабочей температуры около 85°С в течение менее чем 1 минуты. Предпочтительно время выдержки между концом одного рабочего цикла и способностью нагревателя 225 начать следующий рабочий цикл меньше 10 секунд. Нагреватель поддерживает в течение рабочего цикла выбранную температуру в пределах ± 2°С. Как показано ниже, вода для рабочего цикла может быть выдана в картриджную головку 250 при температуре 83°С или 93°С. Нагреватель 225 может быстро отрегулировать температуру выдачи до 83°С или 93°С, исходя из номинальной температуры воды 85°С. Нагреватель 225 содержит реле перегрева, которое отключает нагреватель, если температура превышает 98°С. Вода, выходящая из нагревателя 225, поступает в картриджную головку 250 и картридж 1 через трехходовой клапан. Если давление потока воды находится на приемлемом уровне, вода пропускается в картридж 1. Если давление ниже или выше установленных предельных значений, воду отводят посредством трехходового клапана в улавливающий приемник поддона 270.
Воздушный компрессор 235 оперативно соединен с картриджной головкой 250 посредством одноходового клапана и управляется управляющим процессором. Воздушный компрессор 235 обеспечивает максимальный расход воздуха 500 мл/мин при давлении 1,0 бар. При использовании в рабочем объеме в 35 мл создается избыточное давление в 2 бара. Предпочтительно воздушный компрессор 235 может обеспечивать две скорости: быструю (или максимальную) и медленную.
Управляющий процессор машины 201 для приготовления напитков содержит исполнительный модуль и запоминающее устройство. Управляющий процессор предпочтительно соединен с водонагревателем 225, водяным насосом 230, воздушным компрессором 235 и интерфейсом пользователя 240 и управляет их работой.
Запоминающее устройство управляющего процессора включает одну или более переменных для одного или более рабочих параметров машины 201 для приготовления напитков. В проиллюстрированном варианте выполнения рабочими параметрами являются температура воды, пропускаемой через картридж 1 для напитка в процессе рабочей операции, скорость загрузки картриджа 1 для напитков, наличие или отсутствие операции замачивания, суммарный выданный объем напитка, скорость выдачи, а также скорость и длительность продувки.
Переменные для рабочих параметров сохраняются в запоминающем устройстве. Картридж 1 содержит код, помещенный на картридже 1 или в нем и представляющий рабочие параметры, требуемые для оптимальной выдачи напитка в картридже 1. Код имеет бинарный формат и содержит множество бит данных, соответствующих переменным, хранящимся в запоминающем устройстве управляющего процессора. В табл.3 показано, каким образом 13 бит данных могут использоваться для представления необходимых переменных для рабочих параметров, описанных выше.
| Таблица 3 | ||
| Биты | Параметр | Описание |
| 0 и 1 | Температура воды | 00 = холодная 01 = теплая 10 = 83°С 11 = 93°С |
| 2 и 3 | Зарядка картриджа | 00 = быстрая зарядка с замачиванием 01 = быстрая зарядка без замачивания 10 = медленная зарядка с замачиванием 11 = медленная зарядка без замачивания |
| 4, 5, 6 и 7 | Объем напитка | 0000 = 50 мл 0001 = 60 мл 0010 = 70 мл 0011 = 80 мл 0100 = 90 мл 0101 = 100 мл 0110 = 110 мл 0111 = 130 мл 1000 = 150 мл 1001 = 170 мл 1010 = 190 мл 1011 = 210 мл 1100 = 230 мл 1101 = 250 мл 1110 = 275 мл 1111 = 300 мл |
| 8, 9 и 10 | Расход | 000 = 30% 001 = 40% 010 = 50% 011 = 60% 100 = 70% 101 = 80% 110 = 90% 111 = 100% |
| 11 и 12 | Продувка | 00 = медленный поток/короткий период 01 = медленный поток/длительный период 10 = быстрый поток/короткий период 11 = быстрый поток/длительный период |
Код на картридже 1 или в нем будет обычно содержать один или более дополнительных бит данных для контроля ошибок. В одном из примеров применяется 16-битный код. Например, используя переменные, перечисленные в табл.3, картридж 1, несущий код «1000100011110», будет иметь следующие рабочие параметры:
| 10 | температура воды 83°С |
| 00 | быстрая зарядка с замачиванием |
| 1000 | объем выданного питья 150 мл |
| 111 | расход равен 100% |
| 10 | продувка быстрым потоком воздуха/короткий период |
Таким образом, в отличие от предыдущих машин для приготовления напитков запоминающее устройство управляющего процессора не хранит в себе рабочие команды для картриджей для напитков, основанные на типе картриджа, т.е. команды для картриджа с кофе, команды для картриджа с шоколадом, инструкции для картриджа с чаем и т.д. Вместо этого запоминающее устройство управляющего процессора хранит переменный для поправки отдельных рабочих параметров рабочего цикла. Это имеет ряд преимуществ. Во-первых, может быть реализована высокая степень контроля цикла выдачи. Например, для различных сортов или смесей кофе могут использоваться несколько различающиеся рабочие параметры вместо использования одних и тех же параметров для всех видов кофе. Прежние решения кодирования, основанные на инструкциях по хранению в зависимости от типа картриджа, а не отдельных параметров, не подходят для таких тонких различий в рабочих циклах для сходных видов напитка, поскольку они быстро занимают имеющееся пространство памяти в носителе кодирования управляющего процессора. Во-вторых, способ кодирования по изобретению позволяет использовать картриджи для напитков нового типа в существующих машинах для приготовления напитков даже в случаях, когда рабочие параметры рабочего цикла нового картриджа 1 для напитков определяются только после продажи машины 201 для приготовления напитков. Это связано с тем, что управляющему процессору машины 201 для приготовления напитков не требуется распознавать, каким является напиток нового типа. Вместо этого устанавливают рабочие параметры рабочего цикла без непосредственного упоминания типа напитка. Поэтому способ кодирования по изобретению обеспечивает превосходную обратную совместимость машины для приготовления напитков с напитками нового типа. В отличие от этого с прежними машинами изготовитель ограничен в возможностях выдачи нового типа напитка с использованием одного из существующих выдачных циклов, определяемых находящимися на рынке машинами.
Картриджная головка 250 показана на фиг.39-42. Держатель картриджа 251 в картриджной головке 250 содержит неподвижную нижнюю часть 255, поворачивающуюся верхнюю часть 256 и шарнирную опору картриджа 257, помещенную между неподвижной нижней частью 255 и поворачивающейся верхней частью 256. Верхняя часть 256, нижняя часть 255 и опора картриджа 257 поворачиваются вокруг общей шарнирной оси 258. На фиг.39-42 показан держатель картриджа 251 с некоторыми компонентами машины 201, опущенными для ясности.
Поворачивающаяся верхняя часть 256 и шарнирная опора картриджа 257 перемещаются относительно неподвижной нижней части 255 посредством зажимного приспособления 280. Зажимное приспособление 280 содержит зажимной рычаг, имеющий первый и второй элементы или детали 281 и 282. Первая деталь 281 зажимного рычага содержит U-образную ручку, шарнирно установленную на верхней части 256 в двух первых точках поворота 283, по одной с каждой стороны держателя картриджа 251.
Вторая часть зажимного рычага содержит два смещенных от центра плеча 282, по одному с каждой стороны держателя картриджа 251, каждый из которых шарнирно установлен на верхней части 256 во второй точке поворота 285, расположенной на шарнирной оси 258, связывающей верхнюю часть 256 с неподвижной нижней частью 255. Каждое смещенное от центра плечо 282 является возвратно-поступательным элементом, который содержит цилиндр 282а, шток 282b и упругую гильзу 282с. Цилиндр 282а имеет внутренний канал и установлен с возможностью вращения на один конец шарнирной оси 258. Первый конец штока 282b вставлен с возможностью скольжения в канал цилиндра 282а. Противоположный конец штока 282b соединен с возможностью вращения с U-образной ручкой 281 в третьей точке поворота 286. Третьи точки поворота 286 не связаны с верхней частью 256 и нижней частью 255 и могут свободно перемещаться относительно них. Упругая гильза 282с установлена снаружи на штоке 282b и продолжается при использовании между опорными поверхностями цилиндра 282а и штока 282b. Упругая гильза 282с воспринимает укорачивание смещенного от центра плеча 282 и смещает плечо 282, раздвигая его. Таким образом, становится возможным перемещение третьих точек поворота 286 в направлении шарнирной оси 258 и от нее за счет относительного перемещения штоков 282b в цилиндрах 282а. Упругие гильзы 282с предпочтительно выполняют из силикона.
U-образная ручка 281 проходит вокруг передней стороны держателя картриджа 251 и содержит два отходящих вниз зацепляющих элемента 287, по одному с каждой стороны держателя картриджа 251, каждый из которых содержит изогнутую поверхность 288, обращенную к шарнирной оси 258. Неподвижная нижняя часть 255 держателя картриджа 251 снабжена двумя выступами 259, или стопорами, расположенными по одному на каждой стороне нижней части 255 на ее переднем краю 260 или рядом с ним, будучи выровнены в целом с зацепляющими элементами 287.
Как показано на фиг.39, U-образная ручка 281 может быть выполнена из одной пластмассовой отливки, содержащей отвечающий требованиям эргономики ручной захват и зацепляющие элементы 287, образующие одно целое с ручкой.
Опора картриджа 257 установлена с возможностью вращения между верхней и нижней частями 255, 256 держателя картриджа 251. Опора 257 снабжена по существу круглым углублением 290, в которое при использовании помещают картридж 1 для напитков. Углубление 290 включает неровность 291 для помещения ручки 24 картриджа 1 для напитков, которая служит также для того, чтобы не допустить вращения картриджа 1 для напитков в держателе картриджа 251. Опора картриджа 257 подрессорена относительно неподвижной нижней части 255, так что в открытом положении, как показано на фиг.41, опора картриджа 257 отжимается из контакта с неподвижной нижней частью 255, так что опора картриджа 257 выводится из контакта со входным и выходным пробивными элементами 254, 253. Опора картриджа 257 снабжена отверстием 292, предназначенным для помещения в него входного и выходного пробойников 253, 254 и головки 300 средства распознавания картриджей 252, когда опора картриджа 257 переводится в закрытое положение.
Верхняя часть 256 содержит в общем круглый элемент 310, включающий круглое смотровое окно 312, через которое потребитель может наблюдать за картриджем 1 для напитков во время рабочего цикла и визуально проверять, загружен ли картридж 1 в машину 201. Смотровое окно 312 является чашеобразным и имеющим обращенный вниз обод 311, который входит во взаимодействие и прижимает фланец 35 картриджа 1 для напитков к нижней части 256, когда держатель картриджа 251 закрыт. В то же время окно 312 соприкасается с закрытым верхом 11 картриджа 1. Полосовая пружина (не показана) помещается между смотровым окном 312 и круглым элементом 310 для того, чтобы позволить смотровому окну 312 в небольшой степени аксиально перемещаться относительно круглого элемента 310. Давление, которое обод 311 прилагает к фланцу 35, а окно 312 - к закрытому верху 11, обеспечивает создание непроницаемого для текучей среды уплотнения между картриджем 1 и держателем картриджа 251.
Нижняя часть 255 содержит входной и выходной пробойники 253, 254 и головку 300 средства распознавания картриджей. Входной пробойник 253 содержит полую трубку 260 игольчатого типа с заостренным концом 261 для пробивания при использовании ламинированного материала 5 картриджа 1 для напитков. Входной пробойник 253 сообщается с водным каналом 262, показанным на фиг.42, который проходит через нижнюю часть 255 и соединен с выходным каналом 263 водонагревателя 225. Выходной пробойник 254 подобен по типу с выходным пробойником, описанным в принадлежащих заявителю Европейских патентах ЕР 0389141 и ЕР 0334572, и содержит цилиндр 264 с открытым концом, имеющий круглое или D-образное поперечное сечение, размеры которого больше размеров выдачного патрубка 43. Дугообразный участок 265 верхнего конца выходного пробойника 254 зазубрен для того, чтобы пробивать и в конечном счете прорезать ламинированный материал картриджа 1 для напитков. Остальная часть верхнего конца срезана вдоль цилиндра по меньшей мере до основания зубцов 266 зазубренной части для того, чтобы завернуть или оттянуть обрезанный ламинат 5 от выходного отверстия до выдачи через него напитка. Выходной пробойник 254 пробивает ламинированный материал 5 снаружи относительно выдачного патрубка 43 и, когда опора картриджа 257 находится в закрытом положении, расположен в кольце между выдачным патрубком 43 и наружной стенкой 42 выдачной воронки 40. Выходной пробойник 254 отгибает и обрезает ламинированный материал 105 в кольце. Таким образом, и выходной пробойник 254, и обрезанный ламинированный материал 105 убираются с пути выдаваемого напитка.
Выходной пробойник 254 окружен заплечиком 254а, приподнятым относительно окружающей поверхности на 0,5 мм.
Предпочтительно выходной пробойник 254 может сниматься с нижней части 255 для того, чтобы его можно было тщательно помыть, например, в посудомоечной машине. Съемный выходной пробойник 254 вставляют в углубление 267 в нижней части 255, где он садится. Входной пробойник 253 и/или выходной пробойник 254 могут быть изготовлены из металла, такого как нержавеющая сталь, или из пластмассы. Предпочтительное использование пластмассовых режущих элементов допускается ламинированным материалом 5, который может быть пробит неметаллическим материалом. Следовательно, пробойники 253, 254 могут быть сделаны менее острыми, что снижает риск травмирования пользователя. Кроме того, пластмассовые прошивные элементы не подвержены ржавению. Предпочтительно входной пробойник 253 и выходной пробойник 24 выполнены за одно целое, которое снимается с нижней части 255.
При использовании верхняя часть 256 держателя картриджа 251 переводится из открытого положения, при котором она ориентирована вертикально или в направлении вертикали, как показано на фиг.36, в закрытое положение, при котором она ориентирована по существу горизонтально и находится во взаимозацеплении с неподвижной нижней частью 255 и опорой картриджа 257. Верхняя часть 256 переводится из открытого в закрытое положение с помощью зажимного рычага. Для того чтобы закрыть верхнюю часть, пользователь берет зажимной рычаг за U-образную ручку 281 и тянет ее вниз. В результате верхняя часть 256 поворачивается, что приводит сначала обод 311 смотрового окна 312 в соприкосновение с фланцем 35 картриджа для напитков 1 в опоре картриджа 257, а само окно - в контакт с закрытым верхом 11 картриджа 1. Продолжение поворота верхней части 256 поворачивает верхнюю часть 256 и опору картриджа 257 вниз, до контакта с нижней частью 255. Дальнейший поворот U-образной ручки 281 вызывает поворот U-образной ручки 281 относительно верхней части 256 и нижней части 255, вызывая зацепление зацепляющих элементов 287 верхней части 256 за выступы 259 нижней части 255, когда изогнутая поверхность 288 скользит по выступам 259. Во время этой последней стадии вращения картридж 1 зажимается между опорой картриджа 257 и смотровым окном 312. В результате смотровое окно 312 перемещается аксиально относительно круглого элемента 310 верхней части 256 против направления действия полосовой пружины. Это перемещение позволяет компенсировать отклонения в картридже 1 для напитков и в машине для приготовления напитков и гарантирует, что величина сжимающего усилия, приложенного к картриджу, удерживается в приемлемом диапазоне. Усилие зажима механизма, смягченное действием полосовой пружины, оставляет давление зажима, действующее на картридж, равным от 130 до 280 Н. Предпочтительно усилие составляет приблизительно 200 Н. Усилие менее чем приблизительно 130 Н не обеспечивает достаточного уплотнения, в то время как усилие, превышающее приблизительно 280 Н, ведет к разрушению пластмассы компонентов картриджа 1. При закрывании картриджной головки натягивается ламинированный материал 5 картриджа 1, когда он входит в контакт с заплечиком 254а, окружающим выходной пробойник 254, который заставляет ламинированный материал 5 отклониться от плоскости, поскольку дальний конец наружной трубы 42 цилиндрической воронки перемещается вверх на 0,5 мм относительно фланца 35. Это перемещение также гарантирует, что большая часть сжимающего усилия, приложенного к картриджу, действует через центральную часть картриджа 1 через несущий нагрузку внутренний элемент 3. В закрытом положении картридж 1 обжимается таким образом по фланцу 35 посредством обода 311 смотрового окна 312 и прочно зажимается между закрытым верхом 11 картриджа и наружной трубой 42 внутреннего элемента 3 за счет контакта со смотровым окном 312 и заплечиком 254а. Эти усилия зажима позволяют предотвратить разрушение картриджа 1 во время повышения давления и гарантирует также, что внутренний элемент 3 и наружный элемент 2 полностью посажены один на другой, так что все внутренние каналы и отверстия сохраняют предназначенные им размеры даже во время внутреннего повышения давления.
Между первой и второй точками поворота 283, 285 держателя картриджа 251 может быть проведена воображаемая базовая линия. Как показано на фиг.41, в открытом положении третьи точки поворота 286 расположены со стороны базовой линии, ближайшей к неподвижной нижней части 255. Когда верхняя часть 256 достигает закрытого положения, третьи точки поворота 286 зажимного рычага проходят через базовую линию, соединяя первые и вторые точки поворота 283 и 285 с противоположной стороной линии, наиболее удаленной от неподвижной нижней части 255. В результате U-образная ручка 281 «перескакивает» из первого стабильного положения во второе стабильное положение. Действие перескакивания выполняется путем укорачивания смещенных от центра плеч 282 и последующего сжатия упругих гильз 282с. Как только третьи точки поворота 286 проходят воображаемую базовую линию, возвращение упругих гильз 282с в исходное положение ведет к продолжению перемещения третьих точек поворота 286 от воображаемой базовой линии. Таким образом, зажимной рычаг работает в бистабильном режиме, при котором рычаг стабилен в открытом или закрытом положении, но не стабилен в точке, в которой третьи точки поворота 286 лежат на воображаемой базовой линии, соединяющей первые и вторые точки поворота 283, 285. Таким образом, действие перескакивания зажимного рычага создает позитивный механизм закрывания, при котором на заключительных стадиях поворота зажимного рычага действие перескакивания U-образной ручки 281 и вторых рычагов 284 вводит зацепляющие элементы 287 в плотное зацепление с выступами 259. Кроме того, упругие гильзы 282с создают противодействие повторному открыванию верхней части 256, поскольку требуется минимальное усилие для сжатия гильз 282с, достаточное для перемещения третьих точек поворота 286 обратно на один уровень с базовой линией, соединяющей первые и вторые точки поворота 283, 285. Преимущественно взаимозацепление зацепляющих элементов 287 и выступов 289 предупреждает разделение верхней и нижней частей иначе, чем за счет поворота зажимного рычага. Это позволяет предотвратить открывание картриджной головки 250 в процессе работы, когда картриджная головка 250 подвергается повышению внутреннего давления.
Средство 252 распознавания картриджа предназначено для того, чтобы позволить машине 201 распознавать тип вставленного картриджа 1 для напитка и, соответственно, отрегулировать один или несколько рабочих параметров. В типичном варианте выполнения средство 252 распознавания картриджа содержит оптическое средство считывания штрих-кода, которое считывает отпечатанный штрих-код 320, помещенный на ламинированном материале 5 картриджа 1 для напитков, как показано на фиг.5. Штрих-код 320 образован множеством штрихов контрастного цвета. Предпочтительно для максимизации контраста штрихи делают черными на белом фоне. Не требуется, чтобы штрих-код 320 согласовывался с опубликованным стандартом, но может иметь стандартный формат таких штрих-кодов, как EAN-13, UPC-A или Interleaf 2 из 5. Оптическое средство считывания штрих-кода содержит один или несколько светодиодов 321 для освещения штрих-кода 320, фокусирующую линзу 322 для получения изображения штрих-кода, прибор с зарядовой связью (ПЗС) 323 для получения электрического сигнала, представляющего полученное изображение, а также схему питания светодиодов и ПЗС. Пространство в нижней части, предназначенное для размещения устройства считывания штрих-кода, ограничено. Зеркальце или зеркальца 324 могут использоваться для отражения света от светодиодов 321 на фокусирующую линзу, которая не расположена в нижней части 255. Схематическая компоновка показана на фиг.44а и 44b. Нижняя часть 255 содержит отверстие 326, которое имеет такие же размеры, как и штрих-код 320 на картридже 1 для напитков. В процессе использования электрические сигналы декодируются программой обработки сигналов и полученные результаты направляются в управляющий процессор. Программа может распознавать, не содержит ли считывание штрих-кода ошибок. Штрих-код 320 можно повторно сканировать несколько раз перед тем, как потребителю будет направлено сообщение об ошибке. Если машина 201 не способна считать штрих-код, потребитель может использовать картридж 1 для напитков для выдачи напитка в ручном режиме работы.
Картриджная головка 250 включает также датчик картриджа, предназначенный для того, чтобы определять, присутствует ли картридж в держателе картриджа 251.
Картриджная головка включает также датчик запора, который определяет, должным ли образом закрыт держатель 251 картриджа. Предпочтительно датчик запора содержит микропереключатель, который срабатывает после того, как закрывается и запирается держатель картриджа 251. Предпочтительно датчик картриджа и датчик запора соединены последовательно, так что перед тем, как может быть начат рабочий цикл, выходные сигналы обоих датчиков должны быть удовлетворительными, т.е. указывать на наличие картриджа и то, что механизм заперт.
Эксплуатация машины 201 включает установку картриджа 1 для напитков в картриджную головку 250, выполнение рабочего цикла, при котором происходит выдача напитка, и извлечение картриджа 1 из машины.
Функционирование машины 201 определяется программой, установленной в управляющем процессоре. Работа машины может быть описана в терминах «состояния», когда машина нормально находится в определенном состоянии до тех пор, пока не произойдет событие, меняющее состояние, шаг, который называется сменой состояния.
В таблице 4 показана смена состояний, которая иллюстрирует состояния и смену состояний для одного варианта выполнения машины 201 для приготовления напитков.
Следующий пример иллюстрирует рабочий цикл с целью привести пример смены состояний управляющим процессором.
Предполагается, что сначала машина 201 отключена и в картриджную головку 250 не вставлено никакого картриджа 1. Когда машина 201 включена, управляющий процессор находится в состоянии 1. Водонагреватель 235 включен. Как только температура достигает 85°С, управляющий процессор переходит в состояние 2. Если в любой момент при состоянии 1 или 2 закрыть держатель картриджа 251 ,то сработает датчик запора, который пошлет управляющему процессору сигнал о том, что держатель картриджа 251 должным образом закрыт. Затем управляющий процессор запрашивает датчик картриджа, направив команду 'readpod'. Датчик картриджа возвращает сигнал на управляющий процессор, указывая, находится ли картридж на месте в держателе картриджа 251. При отсутствии картриджа управляющий процессор переходит в состояние 3, в котором он остается в состоянии готовности до тех пор, пока держатель картриджа 251 не откроется повторно, и в этот момент управляющий процессор переходит обратно в состояние 2. Если в состоянии 2 присутствует картридж, управляющий процессор переходит в состояние 4, и работа начинается автоматически. При состояниях 4-9 температуру воды контролируют при подготовке таким образом, чтобы она оставалась в требующемся диапазоне нужной температуры, установленном рабочими параметрами, заданными штрих-кодами картриджа 1 для напитков. После завершения стадии выдачи при выдаче в состоянии 8 начинается продувка воздухом. После завершения продувки воздухом завершается рабочий цикл, и машина переходит в режим готовности в состоянии 10. Если в процессе работы случается ошибка, процессор переходит в состояние 11. При обнаружении низкого уровня воды процессор переходит в состояние 12.
Для того чтобы вставить картридж 1, держатель картриджа 251 открывается так, как описано выше, чтобы открыть опору 257 картриджа. Затем картридж 1 помещают на опору 257 картриджа, вставленную в углубление 290, так что ручка 24 картриджа расположена в неровности 291. Оптический или магнитный штрих-код 320 картриджа 1 ориентирован непосредственно над отверстием 326 в опоре картриджа 257. Держатель картриджа 251 затем закрывают с помощью зажимного рычага так, как описано выше. При закрывании входной и выходной пробойники 253, 254 прошивают ламинированный материал 5 картриджа 1, образуя вход 121 и выход 122 картриджа. Как описано выше, ламинированный материал 5, прорезанный выходным пробойником 254, заворачивается в кольцо, окружающее выдачной патрубок 43. Будучи закрыт, держатель картриджа 251 зажимает картридж 1 по ободу 35 между опорой 257 картриджа и верхней частью 256 и между окном 311 и верхом 11 картриджа 1 для образования непроницаемого для текучей среды уплотнения достаточной целостности, способного противостоять давлениям, возникающим во время рабочего цикла.
Для начала рабочего цикла потребитель пользуется кнопкой пуска/остановки 241.
Рабочий цикл содержит операции распознавания картриджа и цикл выдачи.
Распознавание картриджа осуществляется оптическим средством 252 распознавания картриджа так, как описано выше, при условии что выходные сигналы датчика картриджа и датчика запора удовлетворительны. Сразу после декодирования штрих-кода 320 управляющий процессор уточняет рабочие параметры машины 201. Затем автоматически начинается цикл выдачи.
Цикл выдачи содержит четыре основные стадии, не все из которых используются для всех типов напитков:
(I) Предварительное смачивание
(II) Пауза
(III) Приготовление/смешивание
(IV) Продувка
На стадии предварительного смачивания картридж 1 заправляют водой из резервуара 220 для хранения воды с помощью водяного насоса 230. Загрузка водой вызывает смачивание ингредиентов 200 напитка, находящихся в фильтровальной камере 130. Загрузка может иметь место при «быстром» расходе в 600 мл/мин или при «медленном» расходе в 325 мл/мин. Медленный расход при заправке особенно полезен в случае картриджей, содержащих вязкие жидкие ингредиенты напитка, когда ингредиенты требуют некоторого разбавления до того, как их можно будет перекачивать с более высоким объемным расходом. Объем воды, впрыснутой в картридж 1, подбирают таким образом, чтобы гарантировать, что вода или напиток не будут стекать из выхода 122 картриджа на этой стадии.
Стадия паузы позволяет ингредиентам 200 напитка пропитаться водой, впрыснутой на стадии предварительного смачивания, в течение установленного периода времени. Известно, что и стадия предварительного смачивания, и период паузы способствуют повышению выхода извлекаемых веществ из ингредиентов 200 напитка и улучшению вкуса напитка. Предварительное смачивание и пропитывание особо используется в том случае, когда ингредиентами напитка является обжаренный и молотый кофе.
На стадии приготовления/смешивания воду пропускают через картридж 1 для того, чтобы получить напиток из ингредиентов 200 напитка. Температуру воды определяет управляющий процессор, который направляет водонагревателю 225 команды на нагрев воды, проходящей от водяного резервуара 220 до картриджной головки 250. Вода поступает в нижнюю часть 255 держателя картриджа 251 через канал 262 посредством входного клапана и входного пробойника 253 во входную камеру 126 картриджа 1 для напитков. Приготовление и/или смешивание и последующая выдача напитка из картриджа 1 для напитков соответствует описанному выше со ссылкой на варианты выполнения картриджа 1 для напитков.
Продувка воздухом содержит продувание сжатого воздуха через машину для приготовления напитков и картридж 1 для напитков, чтобы гарантировать, что весь напиток выдан и что путь потока очищен и готов к выдаче другого напитка. Продувка воздухом не начинается сразу же после прекращения стадии приготовления/смешивания, чтобы позволить большей части текучей среды покинуть путь потока. Это предотвращает неприемлемый скачок внутреннего давления при начале продувки воздухом.
При нормальной работе пользователь вручную останавливает машину 201 с помощью кнопки 241 пуска/остановки.
После завершения рабочего цикла потребитель извлекает картридж 1 из держателя картриджа 251 и вручную извлекает картридж и направляет его в отходы. С другой стороны, машина 201 может быть снабжена автоматическим эжекторным механизмом для автоматического удаления картриджа при открывании держателя картриджа 251.
Как описано выше, по изобретению для получения широкого выбора напитков может использоваться два или более картриджа для напитков, включая объединение преимущества выдачи части жидкого напитка на основе молочных продуктов из картриджа таких же общих размеров, как и картриджи, применяемые для приготовления остатка напитка. Таким образом одна и та же машина для приготовления напитков может быть использована со всеми типами картриджей, поскольку интерфейс между картриджами и машиной остается тем же самым вне зависимости от ингредиентов напитка, содержащихся в картриджах.
Время выдачи напитков с использованием машины 201 и картриджей 1 обычно составляет от 10 до 120 секунд, предпочтительно 30-40 секунд, для обжаренного и молотого кофе, от 5 до 120 секунд, предпочтительно от 10 до 20 секунд, для шоколада и от 5 до 120 секунд, предпочтительно от 10 до 20 секунд, для молока.
Машина 201 может также преимущественно содержать запоминающее устройство, находящееся в оперативной связи с управляющим процессором, которое хранит информацию о типе напитка, выдаваемого пользователем. Рабочий цикл машины 201 может быть затем поправлен для следующего картриджа 1. Это особенно удобно в тех случаях, когда два или более картриджа используются последовательно для получения напитка. Например, возможна выдача кофейного картриджа, за которым следует молочный картридж для получения напитка капучино. С другой стороны, может использоваться шоколадный картридж, за которым следует молочный картридж для получения густого горячего шоколадного напитка. Путем использования запоминающего устройства, хранящего информацию о первом раздаваемом напитке, можно изменить характер выдачи второго картриджа, например молочного картриджа, с целью получения оптимального напитка. В приведенном выше примере молоко, которое раздают для горячего шоколада, может обычно быть разбавлено в меньшей степени, чем молоко, добавляемое к кофе. Кроме того, молоко, раздаваемое для шоколада, может раздаваться при более медленном расходе с целью уменьшить степень вспенивания напитка. Специалисту в данной области техники должна быть очевидна возможность многих комбинаций картриджей и рабочих параметров. Кроме того, запоминающее устройство может использоваться для того, чтобы машина могла «предсказывать» тип напитка, который пользователь захочет выдавать следующим. Например, если пользователь преимущественно пьет напиток одного вида, машина может дать команду водонагревателю сохранять температуру, оптимальную для напитка этого типа.
1. Картридж (1), содержащий один или более жидких ингредиентов (200) напитка и выполненный из, по существу, воздухо- и водонепроницаемых материалов, причем картридж содержит вход (121) для введения в картридж водной среды, отделение (134), содержащее один или более жидких ингредиентов напитка, и выход (122) для выдачи напитка, полученного путем разбавления одного или более жидких ингредиентов напитка водной средой, причем указанное отделение содержит средство задержки разбавления, по меньшей мере, части одного или более жидких ингредиентов напитка при подаче водной среды в отделение, отличающийся тем, что при использовании путь для потока водной среды расположен от входа до выхода, а средство задержки разбавления содержит перегородку (100), которая препятствует поступлению, по меньшей мере, части одного или более жидких ингредиентов напитка в путь для потока водной среды, причем средство задержки выполнено так, что задерживает разбавление, по меньшей мере, части одного или более жидких ингредиентов напитка при подаче в отделение водной среды.
2. Картридж (1) по п.1, в котором перегородка (100) содержит одно или более отверстий (103) для контролируемого выделения, по меньшей мере, части одного или более жидких ингредиентов напитка в путь для потока водной среды.
3. Картридж (1) по п.2, в котором обеспечено четыре отверстия.
4. Картридж (1) по любому из пп.1-3, в котором перегородка содержит чашеобразный элемент с открытым устьем (104), обращенным в сторону от пути для потока водной среды.
5. Картридж (1) по п.4, в котором чашеобразный элемент является кольцевым.
6. Картридж (1) по п.4, в котором на основании чашеобразного элемента или рядом с ним размещены одно или более отверстий (103).
7. Картридж (1) по п.6, в котором, по меньшей мере, часть жидких ингредиентов напитка, находящихся в чашеобразном элементе (100), стекает под воздействием силы тяжести через одно или более используемых отверстий (103) при использовании.
8. Картридж (1) по п.7, в котором чашеобразный элемент отделен промежутком от нижней части картриджа, так что путь для потока водной среды проходит между чашеобразным элементом и нижней частью картриджа.
9. Картридж (1) по п.8, в котором, по меньшей мере, часть жидких ингредиентов напитка в чашеобразном элементе (100) стекает под действием силы тяжести через одно или более используемых отверстий (103) по вертикали вниз, в путь для потока водной среды.
10. Картридж (1) по п.9, который содержит внутренний элемент (3) и наружный элемент (2), причем внутренний элемент содержит чашеобразный элемент.
11. Картридж (1) по п.10, который дополнительно содержит средство получения сильной струи напитка, в котором указанное средство получения сильной струи напитка содержит отверстие (128) на пути для потока водной среды.
12. Картридж (1) по п.11, в котором отверстие (128) образовано в зоне перехода между внутренним элементом и наружным элементом.
13. Картридж (1) по п.11 или 12, который дополнительно содержит, по меньшей мере, один вход (71) для воздуха и средство генерирования снижения давления в струе напитка, в результате чего при использовании воздух из, по меньшей мере, одного входа для воздуха включается в напиток в форме множества мелких пузырьков.
14. Картридж (1) по п.13, в котором, по меньшей мере, один вход (71) для воздуха расположен во внутреннем элементе после отверстия (128).
15. Картридж (1) по п.14, в котором, по меньшей мере, один вход (71) для воздуха и средство для понижения давления в струе напитка обеспечивают вспенивание одного или более жидких ингредиентов напитка в объеме более чем 40%.
16. Картридж (1) по п.15, в котором вспенивание превышает 70%.
17. Картридж (1) по п.16, который является дискообразным.
18. Картридж (1) по п.17, в котором наружный элемент и/или внутренний элемент выполняют из полипропилена.
19. Картридж (1) по п.18, в котором наружный элемент и/или внутренний элемент выполняют путем литьевого формования.
20. Картридж (1) по п.19, в котором жидкий ингредиент напитка является концентрированным жидким молочным составом.
21. Картридж (1) по п.20, в котором концентрированное жидкое молоко содержит от 25 до 40% сухого вещества.
22. Картридж (1) по п.21, в котором концентрированное жидкое молоко содержит 30% сухого вещества.
23. Картридж по любому из пп.20-22, в котором концентрированное жидкое молоко содержит от 0,1 до 12% жира.
24. Картридж по п.1, в котором один или более жидких ингредиентов напитка выбраны из группы, которая включает сухие вещества какао, кофе, чай, подсластители, стимулирующие напитки, приправы, спиртные напитки, ароматизированное молоко, фруктовые соки, фруктовые соки с газированной водой, выпивку и десерты.
25. Способ выдачи напитка из картриджа (1) по любому из пп.1-24, содержащего один или более жидких ингредиентов (200) напитка, в течение рабочего цикла, включающего стадии пропускания водной среды через картридж для образования напитка путем разбавления указанных одного или более жидких ингредиентов, вспенивания указанного напитка и выдачи вспененного напитка в приемник, а также контроля степени разбавления указанных одного или более ингредиентов напитка, так что вспененный выдаваемый напиток имеет концентрацию в начале рабочего цикла от 30 до 70% сухого вещества и концентрацию в конце рабочего цикла от 1 до 15% сухого вещества.
26. Способ по п.25, при котором концентрация в начале рабочего цикла составляет от 30 до 35% сухого вещества.
27. Способ по п.26, при котором концентрация в конце рабочего цикла составляет приблизительно 10% сухого вещества.
28. Способ по п.26 или 27, при котором жидким ингредиентом является концентрированное молоко.
29. Способ по п.25, при котором концентрация в начале рабочего цикла составляет от 60 до 70% сухого вещества.
30. Способ по п.29, при котором концентрация в конце рабочего цикла составляет от 12 до 15% сухого вещества.
31. Способ по п.29 или 30, в котором жидкий ингредиент содержит сухие вещества какао.
32. Способ по п.25, при котором концентрация в начале рабочего цикла составляет от 40 до 70% сухого вещества.
33. Способ по п.32, при котором концентрация в конце рабочего цикла составляет от п.1 до 2% сухого вещества.
34. Способ по п.32 или 33, в котором жидкий ингредиент содержит кофе.
35. Способ выдачи напитка из картриджа (1) по любому из пп.1-24, содержащего один или более жидких ингредиентов (200) напитка, в течение рабочего цикла, включающего операции пропускания водной среды через картридж для образования напитка путем разбавления указанных одного или более жидких ингредиентов, и выдачи напитка в приемник, причем один или более жидких ингредиентов напитка вспенивают при выдаче до уровня от 20 до 150%.
36. Способ по п.35, в котором один или более жидких ингредиентов напитка вспенивают до уровня от 70 до 100%.
37. Способ по п.35 или 36, в котором один или более жидких ингредиентов напитка включают один или более ингредиентов, выбранных из концентрированного молока, кофе и сухих веществ какао.
38. Напиток, полученный способом по п.37.
39. Способ изготовления картриджа (1) по любому из пп.1-24 для выдачи напитка, включающий стадии:
a. изготовления множества наружных элементов (2), включающих, по меньшей мере, наружный элемент первого типа и наружный элемент второго типа, имеющие различающуюся форму и конфигурации;
b. изготовления множества внутренних элементов (3), включающих по меньшей мере внутренний элемент первого типа и внутренний элемент второго типа, имеющие различающуюся форму и конфигурации, причем внутренний элемент первого типа и внутренний элемент второго типа являются взаимозаменяемыми;
c. хранения указанного множества наружных элементов и указанных внутренних элементов;
d. выбора из множества наружных элементов одного из наружных элементов первого типа и одного из наружных элементов второго типа;
e. выбора из множества внутренних элементов одного из внутренних элементов первого типа и одного из внутренних элементов второго типа;
f. соединения выбранного внутреннего элемента с выбранным наружным элементом, так чтобы внутренний элемент находился внутри наружного элемента;
g. заполнения наружного элемента одним или несколькими ингредиентами (200) напитка, выбранными из множества ингредиентов напитка; и
h. запечатывания наружного элемента крышкой (5) для образования картриджа.
40. Способ по п.39, который дополнительно предусматривает на стадии b. соединение с внутренним элементом (3) первого типа и/или второго типа фильтровального элемента (4).
41. Способ по п.39 или 40, в котором наружный элемент (2) первого типа служит для приема обжаренных и молотых ингредиентов напитка или т.п.
42. Способ по п.41, в котором наружный элемент (2) второго типа служит для приема обжаренных и молотых ингредиентов напитка или т.п.
43. Способ по п.42, в котором внутренний элемент (3) первого типа служит для фильтрации обжаренных и молотых ингредиентов напитка или тому подобного.
44. Способ по п.43, в котором внутренний элемент (3) второго типа служит для фильтрации обжаренных и молотых ингредиентов напитка или т.п. и для захвата множества воздушных пузырьков выдаваемым напитком.
45. Способ по п.43 или 44, в котором внутренний элемент (3) первого и второго типа содержит раму (41) с помещенным на ней фильтром (4), в которых периферийный обод (51) рамы соединен с выбранным типом наружного элемента посредством сварки.
46. Способ по п.45, в котором внутренний элемент (3) второго типа содержит средство (70) получения сильной струи напитка, содержащее отверстие на пути для потока напитка между входом и выходом картриджа.
47. Способ по п.46, который дополнительно предусматривает изготовление и хранение внутреннего элемента (3) третьего типа.
48. Способ по п.47, в котором внутренний элемент третьего типа служит для выдачи растворимых ингредиентов напитка и т.п.
49. Способ по п.48, который дополнительно предусматривает изготовление и хранение внутреннего элемента (3) четвертого типа.
50. Способ по п.49, в котором внутренний элемент (3) четвертого типа служит для выдачи жидких ингредиентов напитка и т.п.
51. Способ по любому из пп.47-50, в котором внутренние элементы (3) третьего и четвертого типа содержат юбку (80), окружающую выход, причем юбка содержит верхний выступ (81), имеющий верхний обод (91), который входит в зацепление при сборке со взаимодействующим образованием (19) наружного элемента (2) выбранного типа, образуя посадку с защелкиванием для соединения внутреннего элемента третьего или четвертого типа с наружным элементом выбранного типа.
52. Система картриджей для выдачи множества напитков, которая содержит множество картриджей по любому из пп.1-24, содержащих ингредиенты разных напитков.
53. Система картриджей по п.52, в которой каждый картридж содержит также фильтр (4).
54. Система картриджей по п.52 или 53, в которой наружный элемент (3) первого типа служит для содержания обжаренных и молотых ингредиентов напитка и т.п.
55. Система картриджей по п.54, в которой наружный элемент (3) второго типа служит для содержания растворимых или жидких ингредиентов или т.п.
56. Система картриджей по п.55, в которой внутренний элемент (3) первого типа служит для фильтрации обжаренных и молотых ингредиентов напитка и т.п.
57. Система картриджей по п.56, в которой внутренний элемент (3) второго типа служит для фильтрации обжаренных и молотых ингредиентов напитка и т.п. и содержит средство захвата множества воздушных пузырьков выдаваемым напитком.
58. Система картриджей по п.57, в которой внутренний элемент (3) первого и второго типа содержит раму (4), имеющую наложенный на нее фильтр (4), и в котором периферийный обод (51) рамы соединен с наружным элементом выбранного типа посредством сварки.
59. Система картриджей по п.57 или 58, в которой внутренний элемент (3) второго типа содержит средство (70) получения сильной струи напитка, содержащее отверстие на пути для потока напитка между входом и выходом картриджа.
60. Система картриджей по п.59, которая содержит также внутренний элемент (3) третьего типа.
61. Система картриджей по п.60, в которой внутренний элемент (3) третьего типа служит для выдачи растворимых ингредиентов напитка и тому подобного.
62. Система картриджей по п.61, которая содержит внутренний элемент (3) четвертого типа.
63. Система картриджей по п.62, в которой внутренний элемент (3) четвертого типа служит для выдачи жидких ингредиентов напитка и тому подобного.
64. Система картриджей по любому из пп.60-63, в которой внутренние элементы (3) третьего и четвертого типа содержат юбку (80), окружающую выход, причем юбка содержит верхний выступ (81), имеющий верхний обод (91), который входит в зацепление при сборке со взаимодействующим образованием (19) наружного элемента (2) выбранного типа, образуя посадку с защелкиванием для соединения внутреннего элемента третьего или четвертого типа с наружным элементом выбранного типа.
65. Способ приготовления напитка, включающий стадии:
a. введения первого картриджа (1) для напитка, содержащего один или более ингредиентов (200) напитка, в машину (201) для приготовления напитка;
b. приведения в действие указанной машины для приготовления напитка для пропуска водной среды через первый картридж напитка для выдачи первой части указанного напитка в приемник;
c. введения второго картриджа (1) для напитка, содержащего один или более ингредиентов (200) напитка, в машину для приготовления напитка;
d. приведения в действие машины для приготовления напитка для пропуска водной среды через второй картридж напитка для выдачи второй части указанного напитка в приемник;
отличающийся тем, что один из указанных первого и второго картриджей для напитков является картриджем по любому из пп.1-24 и содержит жидкий ингредиент на основе молочных продуктов.
66. Способ по п.65, в котором первый или второй картридж (1) для напитка содержит ингредиент для образования варимой части напитка.
67. Способ по п.65 или 66, который дополнительно включает стадию извлечения первого картриджа (1) для напитка перед вставкой второго картриджа (1) для напитка.
68. Способ по п.67, в котором ингредиентом напитка в первом или втором картридже для напитка является обжаренный и молотый кофе.
69. Способ по п.67, в котором ингредиентом напитка в первом или втором картридже для напитка является листовой чай.
70. Способ по п.67, в котором ингредиентом напитка в первом или втором картридже для напитка является жидкий кофейный ингредиент.
71. Способ по п.67, в котором жидким ингредиентом напитка является концентрированный продукт на основе молока.
72. Способ по п.71, в котором концентрированным продуктом на основе молока является концентрированное жидкое молоко.
73. Способ по п.72, в котором концентрированное жидкое молоко содержит от 25 до 40% сухого вещества.
74. Способ по п.73, в котором концентрированное жидкое молоко содержит 30% сухого вещества.
75. Способ по любому из пп.71-74, в котором концентрированное жидкое молоко содержит от 0,1 до 12% жира.
76. Способ по п.75, который дополнительно включает стадию вспенивания во время выдачи одного или более ингредиентов на основе молочных продуктов.
77. Система приготовления напитков, содержащая машину (201) для приготовления напитков, имеющую средство приема различных картриджей (1) для напитков и средство пропуска водной среды через указанные картриджи для напитков, причем первый картридж (1) для напитков содержит один или более ингредиентов (200) напитка для приготовления первой порции указанного напитка, а второй картридж (1) для напитков содержит один или более ингредиентов (200) напитка для приготовления второй порции указанного напитка, отличающаяся тем, что первый или второй картридж для напитков является картриджем по любому из пп.1-24 и содержит жидкий ингредиент на основе молочных продуктов.
