КАПСУЛА И СИСТЕМА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ НАПИТКА ПУТЕМ ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЯ В УСТРОЙСТВЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА НАПИТКОВ

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к капсуле, предназначенной для приготовления напитка путем центрифугирования, к использованию капсулы в устройстве для производства напитков и капсульной системе, включающей в себя капсулу и устройство для производства напитков, предназначенное для приготовления напитка из вещества напитка, содержащегося в капсуле, путем подачи жидкости устройством и протекания ее через вещество в капсуле за счет действия центробежных сил.

В частности, данное изобретение относится к капсуле, которая вместе с устройством для производства напитков образует специальный ограничительный клапан, формируя средства для создания заданного давления центрифугированной жидкости, вытекающей из капсулы.

Уровень техники, предшествующий изобретению

Существуют системы для приготовления напитков, таких как кофе, путем принудительной подачи жидкости через ингредиенты, содержащиеся в капсуле, с использованием центробежных сил.

В WO 2008/148604 описана капсула для приготовления напитка или жидкого пищевого продукта из вещества в центробежном аппарате путем пропускания воды через вещество, содержащееся в капсуле, с использованием центробежных сил, включающая в себя: полость, содержащую заранее заданную дозу вещества, откупоривающее приспособление, которое открывает капсулу под действием центробежных сил, чтобы позволить жидкости напитка вытечь из капсулы. Капсула может также содержать средства для контактирования капсулы с внешним вращающим приводным приспособлением центробежного смешивающего устройства, причем средства для контактирования имеют конфигурацию, позволяющую создавать сопротивление вращающему моменту во время вращения капсулы для поддержания капсулы в заданном положении вращения.

Таким образом, действие центробежных сил для приготовления кофе или других пищевых веществ обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с обычными способами приготовления напитков, в которых используются насосы для создания давления. Например, в традиционных способах приготовления кофейных напитков типа «эспрессо» или «лунго» с помощью нагнетательного насоса очень трудно контролировать все параметры, которые влияют на качество извлечения имеющегося кофейного экстракта. К этим параметрам обычно относятся давление, величина расхода, уменьшающаяся при увеличении давления, степень сжатия кофейного порошка, которая влияет на характеристики текучести и зависит от размера частиц молотого кофе, температуру, распределение потока воды и т.д. Следовательно, нелегко изменять давление экстракции и величины расхода, поскольку они по существу определяются сопротивлением слоя кофе и системой фильтрации, расположенной ниже по потоку.

Для экстракции с помощью центрифугирования обеспечение качества приготавливаемого кофе (насыщенность или крепость, вкус, аромат, пенистость и т.д.) является сложным процессом и зависит от регулирования разнообразных параметров приготовления напитка и конструкции капсулы. В частности, величина расхода впрыскиваемой в капсулу жидкости, по-видимому, играет важную роль. На величину расхода влияют различные параметры, такие как скорость вращения капсулы в устройстве, динамика жидкости внутри капсулы, обратное избыточное давление, приложенное к центрифугируемой жидкости. Например, для заданной величины обратного избыточного давления, чем выше будет скорость вращения, тем будет больше величина расхода. И, наоборот, для данной величины скорости вращения, чем больше величина обратного избыточного давления, тем меньше величина расхода.

Хотя скорость вращения капсулы обычно регулируется средствами управления, селективно включающими приводной двигатель, приводящий во вращение центробежное устройство для производства напитков, заранее заданное обратное избыточное давление может быть получено путем ограничения величины потока на выходе из капсулы или снаружи центробежного блока, в котором находится капсула.

В ЕР 651963 описано, что перепад давления обеспечивается резиновым эластичным элементом, расположенным на границе раздела между контактной крышкой и чашей центробежного блока, например, капсулы, содержащей порошкообразный кофе. Такой элемент эластично деформируется, оставляя фильтрационный проход для жидкости, когда на границе раздела будет достигнуто определенное давление.

В FR 2487661 и WO 2006/112691 описаны системы, в которых неподвижная перегородка расположена вниз по потоку от фильтра для создания перепада давления.

В WO 2008/148646 предложено решение, в котором ограничительная перегородка расположена внутри или снаружи центробежного блока. Ограничительная перегородка может представлять собой регулирующий клапан, обеспечивающий положительный перепад давления. Клапан открывается под действием давления. Чем больше открывается клапан, тем больше будет величина расхода. Клапан может быть предварительно нагружен с помощью эластичного элемента (резинового или пружинного). Чем выше величина предварительной нагрузки, тем выше величина отпирающего давления для центрифугируемой жидкости вверх по потоку от клапана.

В ЕР 1654966 А1 описана капсула с герметизирующим приспособлением, включающая в себя основной корпус с фланцеобразным ободом и элемент из фольги, закрывающим корпус. Такая капсула не предназначена для использования в центробежном устройстве для приготовления напитков.

Центробежные системы для производства напитков, характерные для уровня техники, предшествующего данному изобретению, страдают от недостатка, заключающегося в том, что настройка обратного избыточного давления для получения его заданной величины требует наличия специального механизма, который усложняет настройку на большое число различных заранее заданных величин обратного избыточного давления.

Следовательно, необходимо понимать, что в частности в отношении кофейных напитков обратное избыточное давление, прикладываемое к центрифугируемой жидкости, определяет условия экстракции (например, величину расхода) и тем самым непосредственно влияет на вкус и аромат кофе. Кроме того, органолептическая текстура, такая как пенистость/наличие пенки, формируемой на поверхности приготовленного напитка, также в значительной степени зависит от прикладываемого обратного избыточного давления. Таким образом, в отношении пенистости/наличия пенки, а также величины расхода приготавливаемого кофейного напитка, для регулировки величины обратного избыточного давления в зависимости от природы вещества, содержащегося в конкретной капсуле, с целью получения различных типов напитков с разным качеством и/или количеством пенистости/наличия пенки желательно обеспечить разную величину расхода.

Соответственно, имеется необходимость предложить с помощью капсульной системы широкий набор кофейных напитков с различным вкусом, насыщенностью и/или различных типов, например, «ристретто», «эспрессо», «лунго», разбавленный кофе и т.д., в частности, в которой величина обратного избыточного давления, прикладываемого к центрифугируемой жидкости на границе раздела между капсулой и устройством может быть в лучшей степени, более независимо и более удобно контролироваться.

Термин «обратное избыточное давление клапанных средств» относится к потере давления, достигаемой с помощью ограничительной перегородки или ограничительного клапана. Поскольку ограничительная перегородка или ограничительный клапан создает «эффект узкого горла», давление жидкости образуется вверх по потоку от него за счет действия центробежных сил. В частности, образуется перепад давления, причем давление увеличивается постепенно от оси вращения по направлению к клапану. Благодаря этому ограничению давление перед ограничительной перегородкой возрастает, и именно это давление влияет на эффект взаимодействия между жидкостью и ингредиентом (например, путем экстракции вещества жидкостью). Это давление, создаваемое ограничительным клапаном, может быть также определено как относительное усилие («обратное усилие»), разделенное зоной поверхностного контакта у ограничительного клапана.

В европейской патентной заявке №08171069.1 («Капсула для приготовления напитка с помощью центрифугирования в устройстве для производства напитков и соответствующее устройство, предназначенное для этого») предложена капсула, на которой имеется упорное кольцо, контактирующее с нагнетающей поверхностью устройства для производства напитков с целью формирования клапанных средств, которые обеспечивают с помощью усилия, создаваемого эластичным приспособлением, связанным с нагнетающей поверхностью, и в зависимости от высоты или толщины упорного кольца определенную величину обратного избыточного давления во время экстракции напитка.

Было также обнаружено, что конструкция упорного кольца на капсуле влияет на качество готового кофе, в частности, на содержание ароматических веществ в кофейном экстракте.

Одна из задач данного изобретения - предложить капсулу, предназначенную для центробежной экстракции, которая дополнительно улучшает качество приготовленного напитка, в частности, кофе. Предлагаемое решение является простым в реализации, экономично и может быть легко осуществлено в условиях массового производства с точным соблюдением размерных допусков.

Кроме того, предлагаемое решение позволяет легко и экономично обеспечить различные величины обратного избыточного давления в устройстве, например, для приготовления широкого спектра напитков (например, кофейных напитков). Кроме того, предложенное решение дает возможность использовать материалы, имеющие хорошие свойства газонепроницаемости, такие как алюминий, что позволяет избежать необходимости в применении дорогостоящей упаковки.

Данное изобретение обеспечивает решение упомянутых выше проблем, а также имеет дополнительные преимущества по сравнению с системами, характерными для уровня техники, предшествующего этому изобретению.

Данное изобретение относится к капсуле в соответствии с пп. 1 и 15 формулы изобретения.

Упорное кольцо для установки заданного давления конкретно предназначено для регулирования обратного избыточного давления, создаваемого клапанным приспособлением, когда капсула вставляется в устройство для производства напитков.

Более конкретно, упорное кольцо для установки заданного давления выступает в осевом направлении капсулы над плоскостью кольцевой фланцевой части для возможности контактирования с клапанным элементом устройства для производства напитков и выступает в осевом направлении капсулы под плоскостью фланцевой части для его вставки в кольцевую нижнюю часть или углубление держателя капсулы устройства для производства напитков.

Упорное кольцо для установки заданного давления совместно со специальной опорной поверхностью клапанного элемента устройства для производства напитков образует ограничительный клапан для потока напитка, вытекающего из капсулы в процессе центрифугирования. Упорное кольцо для установки заданного давления специально сконструировано таким образом, вместе с опорной поверхностью устройства для производства напитков, чтобы выборочно блокировать путь потока центрифугируемой жидкости, с целью задержать истечение жидкости из капсулы и установить величину расхода жидкости в зависимости от скорости вращения. Говоря более конкретно, когда будет достигнута достаточная величина давления центрифугируемой жидкости в клапанном приспособлении, т.е. центрифугируемой жидкости, оказывающей давление на упорное кольцо для установки заданного давления, клапанное приспособление открывается, т.е. обеспечивается зазор, ограничивающий поток с помощью опорной поверхности устройства, перемещающейся от упорного кольца установки заданного давления капсулы или наоборот - в сторону упорного кольца. До того, как будет достигнута заданная величина давления центрифугируемой жидкости, клапанное приспособление остается закрытым. Следовательно, упорное кольцо для установки заданного давления, находящееся в контакте с опорной поверхностью, блокирует путь потока центрифугируемой жидкости. Следует отметить, что открытие клапанного приспособления зависит от скорости вращения предусмотренных для этой цели приводных средств, которые приводят во вращение капсулу в устройстве для производства напитков. Следовательно, поскольку клапанное приспособление выборочно блокирует путь потока центрифугируемой жидкости, может быть осуществлен этап предварительного смачивания вещества напитка, например, молотого кофе, так как жидкость пока еще не вытекает из устройства. В результате предварительного смачивания и задержанного истечения вещества напитка возможно выполнить аккуратное смачивание вещества и обеспечить заданное время взаимодействия между жидкостью и веществом напитка, например, кофейным порошком, что существенно улучшает характеристики извлечения, например, содержание твердых веществ и процент выхода готового напитка.

Говоря более конкретно, для капсулы данного изобретения упорное кольцо для установки заданного давления капсулы выступает в осевом направлении капсулы над плоскостью кольцевой фланцевой части, и выступает на большее расстояние, чем оно выступает в осевом направлении капсулы под плоскостью фланцевой части.

В этом варианте осуществления данного изобретения упорное кольцо для установки заданного давления капсулы является полым. Более предпочтительно, чтобы упорное кольцо для установки заданного давления было сформировано в виде кольцеобразной спирали (завитка). Под «спиралью» или «спиральным концом» подразумевается часть свернутого материала, например, свернутый ламинат, образующий часть разгрузки напряжения на свободном конце фланцеобразного обода капсулы. Спираль материала может быть частично или полностью закручена. Образование спирали может быть выполнено с помощью различных способов, таких как формование, гофрировка, глубокая вытяжка и т.д. Более предпочтительно, чтобы спираль была закручена для образования по существу замкнутого, полого завитка. Такое свойство дает преимущество, заключающееся в том, что позволяет получить сравнительно легкую конструкцию и в то же время обеспечить достаточное сопротивление деформации упорного кольца в осевом направлении, когда оно сжимается клапанным элементом. Кроме того, это позволяет использовать материалы упаковки в виде листа путем глубокой вытяжки, прессования или формования.

В одном варианте осуществления данного изобретения упорное кольцо для установки заданной величины давления образует овальную спираль, более длинная ось которого расположена в аксиальном направлении. Такое свойство обеспечивает более высокое сопротивление деформации упорного кольца без необходимости увеличения толщины материала.

В другом варианте осуществления данного изобретения упорное кольцо для установки заданного давления образует овальную спираль, более длинная ось которого расположена в поперечном направлении.

Однако в других вариантах реализации капсул упорное кольцо для установки заданного давления образует относительно круглую спираль, в частности, когда расстояние выступа упорного кольца установки заданного давления над плоскостью кольцевой фланцевой части остается относительно малым.

В частности, упорное кольцо для установки заданного давления может быть изготовлено из пластика и/или металла. Более предпочтительно, чтобы оно изготавливалось из алюминия или многослойным из алюминия и пластика, предпочтительно из ламината алюминия и полипропилена. Под «алюминием» здесь подразумевается также любой сплав или композитный материал на основе алюминия. Предпочтительно, чтобы упорное кольцо для установки заданного давления изготавливалось из одного куска материала вместе с фланцевой частью и корпусом капсулы.

Капсула может представлять собой замкнутую капсулу, в которой верхняя стенка представляет собой мембрану, закрывающую корпус капсулы. Более предпочтительно, чтобы капсула была заключена в газонепроницаемую оболочку для обеспечения более длительного срока хранения капсулы без ухудшения ее свойств. С этой целью упаковочный материал (материалы) выбираются таким образом, чтобы обеспечить газонепроницаемость всех граней капсулы. Кроме того, капсула может заполняться газом, защищающим находящееся в ней вещество от окисления, таким как азот или смесь двуокиси углерода и азота. В другом возможном варианте осуществления данного изобретения капсула не является полностью замкнутой, а содержит верхнюю стенку с порами или отверстиями, позволяющими заполнять ее жидкостью или откачивать из нее жидкость. Поры или отверстия в верхней стенке предпочтительно располагаются на периферии верхней стенки. Поры или отверстия предпочтительно расположены на периферии вдоль, по существу, кольцевого участка и на небольшом расстоянии от фланцевой части, например в диапазоне от 0,5 мм до 10 мм, предпочтительно в диапазоне от 1 мм до 8 мм.

В другом варианте осуществления данного изобретения упорное кольцо для установки заданного давления является плоским. Под «плоским» здесь подразумевается, что упорное кольцо установки заданного давления не является полым, а заполняется тем же самым или другим материалом. Упорное кольцо установки заданного давления может быть сформировано, например, в виде утолщения фланцеобразного обода, выступающего над и под плоскостью его фланца. К примеру, увеличение толщины материала образует часть, которая является интегральной с остальной частью фланцеобразного обода. В другом примере кольцевая фланцевая часть изготовлена из эластичной пленки, на которой герметично крепится кольцевая часть из плоского монолитного материала, например, твердого пластика или резины.

В предпочтительном варианте осуществления данного изобретения отношение расстояния упорного кольца для установки заданного давления над плоскостью фланцевой части к расстоянию кольца ниже плоскости фланцевой части находится в диапазоне от 5:1 до 1:0,5. В частности, расстояние над плоскостью фланцевой части предпочтительно составляет от 0,5 мм до 3 мм, более предпочтительно от 0,8 мм до 2,5 мм. Кроме того, расстояние под плоскостью фланцевой части предпочтительно составляет от 0,1 мм до 2 мм, более предпочтительно от 0,1 мм до 1 мм, и наиболее предпочтительно от 0,3 мм до 0,5 мм.

В возможном варианте осуществления данного изобретения упорное кольцо для установки заданного давления выступает в осевом направлении только над плоскостью фланцевой части обода, а под вышеупомянутой плоскостью не имеет никакого осевого выступа. В этом случае предпочтительно, чтобы фланцеобразный обод был деформируемым по меньшей мере в месте соединения между фланцевой частью и упорным кольцом установки заданного давления, когда давление клапанного элемента прикладывается к упорному кольцу для обеспечения соответствующей вставки капсулы в устройство и точной установки величины обратного избыточного давления. Например, деформируемость фланцеобразного обода обеспечивается наличием по меньшей мере одного участка уменьшенной толщины фланцевой части и/или достаточно малой толщиной фланцевой части, например, местного участка с толщиной менее 0,8 мм для пластика или других полимеров и менее 0,4 мм для алюминия.

Кроме того, капсула данного изобретения выполнена особого размера для обеспечения у упорного кольца для установки заданного давления достаточно больших центробежных сил или величин давления. Радиальное расстояние от центральной оси (I) капсулы до упорного кольца установки заданного давления составляет от 25 мм до 30 мм. Удивительно, но было обнаружено, что выше указанного верхнего предела можно ожидать значительной потери аромата кофе независимо от скорости вращения капсулы в устройстве. Такая потеря объясняется худшими условиями экстракции кофе при таком значении. Ниже нижнего предела из-за меньших центробежных сил, прикладываемых к упорному кольцу, величина расхода становится слишком низкой, что отрицательно сказывается на условиях экстракции вещества напитка. Следовательно, радиус, превышающий заданный нижний предел, позволяет поддерживать относительно небольшие скорости вращения, в то же время поддерживая достаточные величины давления и расхода у упорного кольца. Кроме того, меньший радиус потребовал бы увеличения глубины капсулы для поддержания размера капсулы, позволяющего хранить то же самое количество кофейного порошка. Это, по всей вероятности, привело бы к меньшей однородности экстракции с зонами, в которых кофейный порошок смачивается в меньшей степени, чем в других зонах. Как будет объяснено ниже, радиус здесь измеряется как расстояние от центральной оси капсулы до верхней точки упорного кольца, представляющее расстояние (обозначенное далее h₁) упорного кольца для установки заданного давления над плоскостью (обозначенной далее Р) фланцевой части буртика.

Данное изобретение относится, кроме того, к набору капсул, содержащему по меньшей мере две капсулы различных типов, предпочтительно по меньшей мере три капсулы различных типов, причем каждая капсула имеет конструкцию, соответствующую вышеупомянутой капсуле;

причем расстояние в осевом направлении над плоскостью упорного кольца изменяется в зависимости от типа капсул.

Благодаря разнице вышеупомянутого расстояния в осевом направлении устанавливаются различные величины обратного избыточного давления с помощью упорного кольца для установки заданного давления капсулы, когда капсула вставляется в устройство для производства напитков, что позволяет изменять характеристики центрифугируемого напитка. В частности, когда расстояние над плоскостью упорного кольца для установки заданного давления возрастает, это приводит к увеличению давления в капсуле и время нахождения жидкости в капсуле при данном значении скорости вращения.

Термин «тип капсул» относится здесь к капсулам, имеющим по меньшей мере одно отличие, которое характеризует различные напитки, например, кофейные напитки, способное обеспечить различные основные свойства напитка (аромат, крепость, наличие пенки/пенистость, время истечения и т.д.), причем такое отличие характеризуется любым из следующих параметров: количество вещества, плотность вещества (например, плотность при истечении), специальный состав (например, смесь сортов, страну и место происхождения), размер зерен, уровень наполнения и комбинацию вышеуказанных параметров. Термин «размер капсулы» означает, в частности, объем хранения вещества в капсуле, который может потенциально размещаться в капсуле, и/или внешний объем капсулы, например, ее корпуса.

Термин «набор капсул» означает ряд или серию, включающую в себя по меньшей мере две, три, четыре, пять, шесть или большее количество капсул различных типов.

Предпочтительно, чтобы расстояние в осевом направлении ниже плоскости (Р) фланцевой части упорного кольца для установки заданного давления было постоянным у всех капсул набора. Соответственно это расстояние служит в качестве заданной справочной характеристики для всех капсул данного набора, что гарантирует точность позиционирования каждой капсулы в устройстве и обеспечивает то, что упорное кольцо для установки заданного давления не отклоняется или не деформируется в значительной степени, поскольку такое отклонение или деформация может отрицательно влиять на точность установки величины обратного избыточного давления.

Данное изобретение относится, кроме того, к системе для приготовления напитка по пп. 18 и 20.

Говоря более конкретно, держатель капсулы включает в себя кольцевую поперечную опорную кромку, содержащую первую вогнутую внутрь часть для поддержания кольцевой фланцевой части и вторую выпуклую наружу часть для поддержания упорного кольца для установки заданного давления, причем вторая выпуклая наружу часть образует утопленную вниз ступеньку или углубление по сравнению с первой вогнутой частью.

В предпочтительном варианте осуществления данного изобретения устройство для производства напитков содержит дополнительно средства регулирования, предназначенные для регулирования величины расхода жидкости и/или скорости вращения приводного приспособления в зависимости от типа капсулы, вставленной в устройство. В частности, регулирование величины расхода жидкости и/или скорости вращения может осуществляться путем поддержания по меньшей мере одного из этих параметров (т.е. величины расхода и/или скорости вращения) на постоянном уровне или путем его изменения согласно заранее заданному профилю (например, в соответствии с заданной кривой изменения скорости) или путем динамической настройки вышеупомянутого параметра в функции изменения другого параметра, например, второго из этих параметров. В конкретном варианте осуществления данного изобретения величина расхода жидкости поддерживается постоянной, по меньшей мере, в течение периода времени в процессе экстракции вещества, путем изменения скорости вращения в процессе экстракции.

Данное изобретение относится также к использованию вышеупомянутой капсулы в таком устройстве для приготовления напитка.

Данное изобретение может также относиться к капсульному комплекту, предназначенному для заполнения веществом напитка и вставки в устройство для производства напитков для приготовления напитка путем введения жидкости в капсулу и прохождения жидкости через вещество за счет действия центробежных сил. Капсульный комплект может содержать все характерные элементы капсулы, приведенные в данном техническом описании, в частности упорное кольцо для установки заданного давления. Капсульный комплект, кроме того, содержит соединительное приспособление, позволяющее присоединять верхнюю стенку к корпусу капсулы, причем такое соединительное приспособление имеет конфигурацию, позволяющую прикреплять верхнюю стенку к корпусу после заполнения капсулы веществом напитка.

Соединительное приспособление может иметь конструкцию запрессовки, резьбового соединения, клеевого соединения и комбинации вышеуказанных способов. Предпочтительно, чтобы соединительное приспособление было сконструировано таким образом, чтобы пользователь мог присоединять верхнюю стенку к корпусу без необходимости использования инструментов.

Краткое описание чертежей

Дополнительные характеристики, преимущества и задачи данного изобретения раскрыты в описании вариантов осуществления данного изобретения, рассматриваемых в сочетании с прилагаемыми чертежами.

На фиг. 1 дан вид сбоку на капсулу для напитка согласно данному изобретению, причем эта капсула принадлежит к серии или набору капсул, предназначенных для производства разнообразных кофейных напитков, и данная капсула является наименьшей капсулой в серии.

На фиг. 2 дано детальное изображение части двух корпусов капсул фиг. 1, в частности, показывающее упорное кольцо для установки заданного давления, когда капсулы укладываются в стопку друг на друга во время хранения.

На фиг. 3 дан вид сбоку на капсулу для напитка согласно данному изобретению, причем эта капсула имеет средний размер в серии.

На фиг. 4 приведено детальное изображение части корпусов капсул, изображенных на фиг. 3, когда они уложены в стопку.

На фиг. 5 дан вид сбоку на капсулу для напитка согласно данному изобретению, причем эта капсула представляет наибольший размер в серии.

На фиг. 6 приведено детальное изображение части корпусов капсул, показанных на фиг. 5, когда они уложены в стопку.

На фиг. 7 дан вид в разрезе устройства для производства напитков, содержащего капсулу, показанную на фиг. 1.

На фиг. 8 дан в увеличенном масштабе вид в разрезе устройства, включая капсулу, изображенную на фиг. 1.

На фиг. 9 дан в увеличенном масштабе вид в разрезе, приведенный на фиг. 8.

На фиг. 10 дан в увеличенном масштабе вид в разрезе, приведенный на фиг. 8, во время центрифугирования жидкости из капсулы в устройстве.

На фиг. 11 дан в увеличенном масштабе вид в разрезе, аналогичный фиг. 9, для капсулы, изображенной на фиг. 5.

На фиг. 12 дан вид сбоку на капсулу данного изобретения согласно второму варианту осуществления данного изобретения.

На фиг. 13 дан в увеличенном масштабе вид в разрезе части капсулы, показанной на фиг. 12.

Фиг. 1, 3 и 5 и соответствующие им фиг. 2, 4 и 6, на которых дано детальное изображение частей капсул, относятся к предпочтительному варианту реализации набора капсул 1А, 1В, 1С согласно данному изобретению. Каждая капсула рассчитана на однократное использование и предназначена для дозированной выдачи напитка из устройства для производства напитков. Капсула предпочтительно содержит чашеобразный корпус 2, круглый кольцевой фланцеобразный обод 3 и элемент верхней стенки в форме диска, предпочтительно, перфорируемую мембрану 4. Чашеобразный корпус 2 может быть выполнен в форме чаши, как показано на рисунках, или иметь другую форму. Таким образом, мембрана 4 и корпус 2 образуют полость, представляющую собой отсек 6 для ингредиента. Как показано на рисунках, мембрана 4 предпочтительно соединяется с внутренней кольцевой фланцевой частью 7 обода 3, который имеет ширину предпочтительно от 1 мм до 5 мм. Мембрана 4 соединяется с ободом 3 корпуса с помощью герметичного соединения, такого как термическая или ультразвуковая сварка.

Обод не обязательно расположен горизонтально, как показано на рисунках. Он может быть немного изогнут вверх или вниз, для того чтобы увеличить стойкость герметичного соединения к повышенному давлению, оказываемому на мембрану со временем в результате дегазации вещества капсулы или ингредиента по прошествии времени.

Обод 3 капсулы предпочтительно выдается наружу в направлении, по существу перпендикулярно (как показано) или немного наклонно (если он изогнут, как упоминалось выше) относительно центральной оси симметрии I корпуса, соответствующей оси вращения Z капсулы 1 в устройстве для производства напитков (см. фиг. 7). В общем случае ось I представляет собой также центр, вокруг которого располагается кольцевой фланцеобразный обод. Таким образом, ось симметрии I центрируется относительно оси вращения Z во время центрифугирования капсулы в устройстве для приготовления напитков. Например, небольшой наклон представляет собой угол от 1° до 30° относительно центральной оси симметрии.

Следует понимать, что показанная здесь реализация капсулы в форме чаши является всего лишь примером варианта осуществления данного изобретения, и что капсула и в частности корпус 2 капсулы согласно данному изобретению может иметь самые разнообразные формы.

Капсулы 1А, 1В, 1С представляют собой одноразовые капсулы для однократного использования. Однако следует отметить, что капсулы могут выдавать более чем один напиток за один раз, например, если объем кофейного экстракта достаточен для наполнения двух чашек одновременно.

Корпус 2 капсул 1А, 1В, 1С имеет соответственно выгнутую часть 5а, 5b, 5с изменяемой глубины, соответственно d₁, d₂, d₃. Однако, часть 5а, 5b, 5с может также иметь форму срезанного конуса или цилиндрическую форму или сочетание частей различной формы, таких как срезанный конус, цилиндрическая, сферическая и т.д.

Таким образом, капсулы 1А, 1В, 1С предпочтительно имеют различные объемы для хранения ингредиентов, но одинаковый диаметр вставки ′D′. На фиг. 1 показана капсула 1А малого объема, тогда как на фиг. 3 показана капсула 1В среднего объема, а на фиг. 5 показана капсула 1С большого объема. Диаметр вставки ′D′, таким образом, определяется на линии пересечения между нижней поверхностью обода 3 и поверхностью боковой стенки корпуса 2. Однако у капсулы данного изобретения может быть и другой базовый справочный диаметр.

Капсулы данного изобретения 1А, 1В, 1С, кроме того, имеют особые размеры для обеспечения оптимальных величин расхода у упорного кольца 8 для установки заданного давления, когда капсула центрифугируется в устройстве для производства напитков, как будет объясняться ниже. В этой целью радиус R, представляющий собой расстояние между осью I и расстоянием h₁ над плоскостью Р, предпочтительно составляет от 24 мм до 31 мм. Более предпочтительно, чтобы этот радиус составлял от 25 мм до 30 мм, а наиболее предпочтительно, чтобы он был равен 28 мм (+/- 1 мм). Если этот радиус слишком мал, величина расхода снижается значительно при той же величине запирающего давления на упорном кольце. Для того чтобы компенсировать такую низкую величину расхода, необходимо увеличить скорость вращения, но это отрицательно сказывается на других факторах, таких как уровень шума и стоимость системы. С другой стороны, слишком большой радиус также отрицательно влияет на устойчивость во время процесса центрифугирования системы и приводит к усложнению конструкции капсулы в устройстве.

Кроме того, больший внутренний диаметр полости капсулы, измеренный в месте соединения между частью 7 фланцеобразного обода и корпусом 2 (непосредственно под верхней стенкой 4), составляет предпочтительно от 45 мм до 50 мм. Эти граничные значения также являются предпочтительными, чтобы обеспечить достаточную ширину выходной зоны у верхней стенки капсулы. Чем меньше это значение, тем ниже давление в верхней периферии полости при данной скорости вращения. Выше указанного верхнего предела было бы невозможно эффективно позиционировать упорное кольцо.

Корпус 2 капсул предпочтительно изготавливается жестким или полужестким. Он может быть изготовлен из пищевого пластика, например, полипропилена, с газонепроницаемым слоем, таким как поливинилспирт (EVOH) или аналогичный материал, или алюминий, или ламинат пластика и алюминия, такой как ламинат из слоев алюминия и полипропилена, причем предпочтительно, чтобы полипропилен образовывал внутренний слой ламината, а алюминий образовывал наружный слой ламината. Могут наноситься также дополнительные слои лака или краски. Пластик также может представлять собой биоразлагаемые пластики, такие как кристаллический полиацетат (PLA) или аналогичный ему материал. Мембрана 4 может изготавливаться из более тонкого материала, такого как пластиковая пленка, также включающая в себя герметизирующий слой или алюминий, или комбинацию пластика и алюминия. Мембрана 4 обычно имеет толщину, например, от 10 мкм до 250 мкм. Мембрана перфорируется для создания входного отверстия для воды, как будет описано ниже. Мембрана также дополнительно содержит перфорируемую периферийную зону.

Вместо мембраны 4 капсулы 1А, 1В, 1С могут также иметь жесткий, полужесткий или эластичный элемент контактной крышки, который предпочтительно имеет форму диска, содержащего центральную часть, имеющую входной порт для введения элемента инжекции воды и периферийную часть, имеющую расположенные по окружности выходные отверстия.

К примеру, выходные отверстия могут быть сформированы с помощью кольцевого слоя фильтрационной бумаги и/или синтетической ткани. Входной порт и/или выходные отверстия изготавливаются заранее, перед вставкой капсулы в устройство. Они могут быть закрыты удаляемым газонепроницаемым слоем перед вставкой, такой как внешняя упаковочная оболочка или протыкаемая мембрана.

Разница в объеме между малой и большой капсулами обеспечивается в частности за счет изменения глубины d₁, d₂, d₃ корпуса 2 капсул в наборе. В частности, глубина корпуса меньшей капсулы 1А меньше глубины корпуса капсул 1В среднего размера и глубины капсулы 1С большего размера.

В более общем случае внутренний объем капсулы предпочтительно составляет от 18 мл до 50 мл. Эти объемы были определены для обеспечения достаточного пространства для заполнения достаточным количеством кофейного порошка и при этом обеспечения оптимальных условий центробежной экстракции кофе.

Еще один вариант может быть реализован путем обеспечения только капсул самого большого размера (см. фиг. 5) и различных уровней заполнения веществом, содержащимся в отсеках, в зависимости от типа приготавливаемого напитка (например, «ристретто», «эспрессо», «лунго», разбавленный кофе, забеленный кофе, чай, шоколад, и т.д).

Капсулы заполняются веществом напитка в зависимости от их размера. Такой размер может быть определен как указано выше, предпочтительно путем изменения глубины капсулы d₁, d₂, d₃. Следовательно, капсула 1А меньшего объема содержит количество экстрагируемого вещества, например, молотого кофе, меньше, чем количество, содержащееся в капсуле 1В среднего объема, а капсула среднего объема содержит количество экстрагируемого вещества, например, молотого кофе, меньшее, чем количество, содержащееся в капсуле 1С наибольшего размера.

Следовательно, малая капсула 1А предпочтительно предназначена для приготовления меньшей порции кофейного напитка объемом от 10 мл до 60 мл с количеством молотого кофе от 4 г до 8 г. Более крупная капсула 1В предназначена для приготовления средней порции кофе объемом, например, от 60 мл до 120 мл, а самая большая капсула 1С предназначена для приготовления большой порции кофе, например, объемом от 120 мл до 500 мл. Кроме того, кофейная капсула 1В среднего размера может содержать количество молотого кофе от 6 г до 15 г, а кофейная капсула 1С для приготовления большой порции может содержать количество молотого кофе от 8 г до 30 г. Уровень заполнения веществом в капсулах может также устанавливаться для обеспечения хорошо распределенного потока жидкости в ингредиентах без создания предпочтительного пути протекания жидкости благодаря действию центробежных сил в капсулах. В общем случае вещество не должно заполняться таким образом, чтобы образовывать плотную кучку или заполнять компактно верхнюю часть капсулы перед использованием (т.е. центрифугированием капсулы в устройстве).

Предпочтительно, чтобы капсулы в наборе согласно данному изобретению могли содержать различные смеси жареного и молотого кофе или сорта кофе различного происхождения и/или имеющие различные характеристики жарки и/или помола. Средний размер частиц (D_4,3) жареного молотого кофе, содержащегося в капсуле, может составлять от 120 мкм до 750 мкм, предпочтительно от 160 мкм до 500 мкм.

В общем случае вещество может содержать обжаренный и молотый кофе, растворимый кофе, забеливатели (молочные и немолочные), чай (например, серый, зеленый, белый или травяной), какао, цикорий, детскую смесь или комбинацию указанных веществ. Могут также вноситься пищевые добавки, такие как подсластители (сахар, аспартам, стевия и т.п.), вкусовые добавки (корица, ванилин, миндаль, травы и т.п.), технологические добавки, эмульсификаторы, пенообразующие вещества, фруктовые или травяные экстракты, питательные микроэлементы и комбинации вышеуказанных веществ.

Капсула данного изобретения, как показано на фиг. 2. 4 и 6, содержит на ее фланцеобразном ободе 3 упорное кольцо 8 для установки заданного давления, выступающее вверх и вниз за пределы выступающей внутрь фланцевой части 7. В частности, упорное кольцо 8 для установки заданного давления, функция которого будет пояснена ниже, содержит верхнюю часть 9, выступающую в осевом направлении капсулы над плоскостью Р, проходящей у фланцевой части 7, и нижнюю часть 10, выступающую под плоскостью Р также в осевом направлении капсулы. По соглашению, за базу отсчета плоскости Р здесь принимается направление вдоль нижней поверхности фланцевой части 7. В контексте данного изобретения термин «осевое направление» относится к любому направлению, отцентрированному относительно центральной оси или параллельному центральной оси I капсулы. Термин «поперечное направление» относится к любому направлению, перпендикулярному центральной оси I или наклоненному под углом, большим, чем 45°. Термин «нижний» и «верхний» относится здесь к относительным положениям средств, как показано на рисунках, когда верхняя стенка 4 капсулы ориентирована вверх, а низ корпуса 2 ориентирован вниз. Более предпочтительно, чтобы верхняя часть 9 упорного кольца выступала на расстояние «h₁», которое больше, чем расстояние «h₂» нижней части 10. В частности, расстояние «h₁» определяет осевую длину упорного кольца для установки заданного давления в наборе капсул. С этой целью расстояние «h₁» изменяется в наборе, тогда как расстояние «h₂» остается постоянным в наборе. Следовательно, например, наименьшая капсула 1А снабжена упорным кольцом 8 для установки заданного давления, которое выступает над плоскостью Р на расстояние h₁, которое больше, чем расстояние h₁ упорного кольца над плоскостью Р капсулы 1В среднего размера. Соответственно расстояние h₁ упорного кольца для установки заданного давления капсулы 1В среднего размера также больше, чем расстояние h₁ капсулы 1С наибольшего размера. Следовательно, расстояние h₁ предпочтительно уменьшается с увеличением размера капсулы, например такого, как глубина (d₁, d₂, d₃), увеличивающаяся в наборе. Это приведет в результате к установке различных величин обратного избыточного давления в устройстве для производства напитков, как будет объяснено ниже, для настройки характеристик приготовления напитка в соответствии с типом капсулы, в частности, с ее размером и содержанием порошкообразного кофе. Таким образом, толщина h₁ упорного кольца 8 для установки заданного давления предпочтительно настраивается согласно типу капсулы, а более конкретно - согласно количеству и/или характеристикам вещества напитка, содержащегося в изображенных капсулах 1А, 1В, 1С для того, чтобы обеспечить настройку обратного избыточного давления, прикладываемого к капсуле, когда она вставляется в устройство для производства напитков. Например, для капсул, содержащих малое количество вещества напитка, например, капсулы 1А, для того, чтобы приготовить, например, кофейный напиток «ристретто» или «эспрессо», может быть желательно обеспечить высокое давление экстракции для получения кофе высокой насыщенности (т.е. большее общее количество твердого кофе, передаваемого в кофейный экстракт) и более толстой пенки. Эти характеристики можно сравнить с более низким давлением экстракции, которое может быть желательным для напитков, приготавливаемых из капсул 1В или 1С, содержащих большее количество кофейного порошка. Следовательно, для данной скорости вращения во время экстракции напитка величина обратного избыточного давления капсулы 1А меньшего объема, содержащей меньшее количество вещества, может быть настроена на большее значение, чем обратное избыточное давление более крупных капсул 1В или 1С, содержащих большее количество вещества.

Конечно, скорость вращения также может изменяться в зависимости от типа капсул 1А, 1В, 1С и приготавливаемого напитка.

В предпочтительном варианте осуществления данного изобретения упорное кольцо 8 для установки заданного давления капсулы сформировано путем закручивания кромки или спирали фланцеобразного обода, в результате чего образуется спираль (завиток), которая может быть полностью или частично замкнутой. В частности, спираль может быть изготовлена из ламината с помощью любой подходящей технологии формования, такой как вытяжка, штамповка, отливка и т.п. Предпочтительно, чтобы верхняя часть 9 образовывала промежуточную часть в качестве ламината материала между фланцевой частью 7 обода и частью 10. Нижняя часть 10 может быть продолжена внутренней частью 11 ламината, образуя конечную часть спирали. Следует отметить, что верхняя часть 9 может быть выпуклой в осевом направлении, как показано, но возможны и другие формы, такие как плоская или вогнутая. Аналогично этому, нижний конец нижней части 10 может быть выпуклым в осевом направлении, как показано, но возможны и другие формы, такие как плоская или вогнутая. Кроме того, упорное кольцо для установки заданного давления предпочтительно имеет полую форму, когда оно образовано в форме спирали, как показано, однако плоское (т.е. не полое) упорное кольцо также предусматривается в качестве возможной альтернативы. Например, упорное кольцо может быть сформировано как спираль и заполнено материалом, таким как пластик или резина, для увеличения сопротивления деформации в осевом направлении.

Для капсул 1А, 1В упорное кольцо для установки заданного давления может иметь овальную форму в осевом направлении, поскольку высота «h» упорного кольца, соответствующая сумме расстояния h₁ и расстояния h₂, больше, чем ширина «w» упорного кольца. Для капсулы 1С ширина «w» может быть равной, образуя по существу круглую спираль или немного более длинную, чем высота «h» упорного кольца, в результате чего скрученное в спираль упорное кольцо становится овальным в поперечном направлении.

Как показано на фиг. 2. 4 и 5, упорное кольцо 8 для установки заданного давления выполняет также функцию поддержания определенного расстояния между корпусами капсул, когда они укладываются в стопку друг на друга. Кроме того, оно облегчает выемку корпусов капсул из стопки во время хранения, в частности, в процессе изготовления, например, перед тем, как корпуса заполняются веществом напитка. Как показано на фиг. 2, например, когда уложенные в стопку корпуса входят в соприкосновение друг с другом в результате контакта между нижней частью 10 и верхней частью 8 упорного кольца для установки заданного давления, расстояние h₁, h₂ соответствующих частей 9, 10 обеспечивает, что фланцевые части 7 остаются на некотором расстоянии (см. расстояние h₁) друг от друга и не соприкасаются непосредственно друг с другом. Такая конструкция значительно облегчает выемку корпусов из стопки и тем самым позволяет изготавливать корпуса капсул в производственной зоне, расположенной на удалении от участка изготовления капсул (подготовка кофе, заполнение капсул, герметизация и т.д.).

На фиг. 7 показан вид в разрезе сбоку на устройство для производства напитков согласно капсульной системе данного изобретения в закрытом состоянии системы. Таким образом, устройство включает в себя вращающийся держатель 20 капсулы, приводное приспособление 21 и коллектор 22, на который поступает центрифугируемая жидкость и вытекает через выходное отверстие 23. Приводное приспособление 21 содержит вращающийся электродвигатель, который соединен с держателем 20 капсулы на нижней стороне (как показано) или верхней стороне (не показано) посредством оси 24, аксиально соединенной с держателем капсулы. Держатель 20 капсулы имеет круглую поверхность, которая образует базовый диаметр, по существу равный диаметру «D» капсулы 1, с тем, чтобы обеспечить плотную посадку капсулы в держателе 20 капсулы без возможного радиального люфта. Держатель 10 капсулы предпочтительно полый или достаточно глубокий в своем центре, чтобы в него помещались все капсулы набора. Соответственно, одного держателя капсулы достаточно для вставки всех капсул 1А, 1В, 1С набора. Следует отметить, что держатель капсулы может иметь разнообразные формы и может быть также изготовлен в виде простого полого кольца.

Кроме того, устройство содержит также приспособление 25 для инжекции воды, имеющее инжекционный элемент 26, предназначенный для протыкания (перфорации) мембраны 4 капсулы 1 в ее центральной части. Как уже описано в WO 2008/148604, инжекционное приспособление 26 соединяется с контуром 28 циркуляции жидкости, содержащим источник жидкости 29, такой как водяной бак, насос 30 и аппарат 31 для нагрева воды и предназначено для подачи заранее заданного объема нагретой жидкости под давлением в капсулу 1 во время процесса экстракции напитка. Жидкость представляет собой обычно воду (нагретую, с температурой окружающей среды или охлажденную). Жидкость подается в капсулу путем инжекции через инжекционный элемент 26, имеющий форму полой иглы или трубки. Инжекционный элемент может быть сформирован с острым свободным концом для обеспечения протыкания верхней стенки, если это необходимо. Устройство также содержит ряд выходных перфораторов 27, как описано в WO 2008/148604. Выходные перфораторы расположены на периферии контактной крышки 33, которая контактирует с верхней стенкой капсулы во время закрытия устройства. Соответственно образуются выходные отверстия в кольцевой части мембраны 4, позволяя тем самым экстрагированному (центрифугированному) напитку вытекать из капсулы 1 в процессе ее вращения.

Устройство, кроме того, содержит блок управления 40, который управляет различными компонентами устройства, в частности насосом 30, нагревателем 31 и регулирует скорость вращения приводного приспособления 21. В частности, блок управления программируется для регулирования рабочих параметров во время экстракции, включая (но, не ограничиваясь этим) следующие: величину расхода насоса, давление, создаваемое насосом, температуру воды, скорость вращения, циклы скорости вращения (например, скорости вращения во время предварительного смачивания, экстракции, стадий сушки, и т.д.). Несколько программ могут быть специально предназначены для различных типов капсул 1А, 1В, 1С, например, для приготовления конкретных напитков, таких как «ристретто», «эспрессо», «лунго», «американо» и т.п. и напитков, имеющих особую крепость, аромат, объем пенки, и т.д. Капсулы могут содержать идентификационный код, такой как штрих-код, радиочастотную метку и т.п., для обеспечения идентификации в устройстве и для установки рабочих параметров автоматически. В этом случае устройство содержит подходящие средства считывания кода, соединенные с блоком управления. Средства управления и считывания кода могут иметь конфигурацию, позволяющую регулировать основные параметры приготовления напитка, такие как любой из следующих параметров или любую комбинацию следующих параметров: объем жидкости (малые, средние, большие, сверхбольшие чашки, и т.п.), скорость вращения приводного приспособления, скорость и насоса для жидкости или цикл скорости (например, низкая скорость для предварительного смачивания, высокие скорости для экстракции и сушки), температура нагрева жидкости и т.п.

Система данного изобретения включает в себя клапанные средства 18, способные обеспечить обратное избыточное давление, прикладываемое к жидкости, вытекающей из капсулы через выходные отверстия (перфорированные или заранее изготовленные). Клапанные средства 18 сформированы путем дополнительного контактирования устройства с капсулой. Более конкретно (см. фиг. 9) устройство содержит клапанный элемент 34, который расположен по окружности относительно контактной крышки 33 и который имеет нижнюю кольцевую упорную поверхность 35. На стороне капсулы клапанные средства содержат упорное кольцо 8 для установки заданного давления, которое соединяется с кольцевой упорной поверхностью 35 клапанного элемента 34 устройства. Упорная поверхность 35 контактирует с верхней частью упорного кольца для установки заданного давления при заранее заданной величине обратного избыточного давления. Контактирование под давлением двух взаимодополняющих сопрягаемых частей 34, 8 клапанных средств выполнено упругим с помощью пружинных средств распределения давления, таких как пружины 36, расположенные между клапанным элементом 34 и кольцевым элементом 37 противодавления, соединенным непосредственно или косвенно с частью контактной крышки 33. Несколько пружин 36 (например, пружины 6-10) могут быть равномерно распределены по периферии между частью 34 и элементом 37, такие как спиральные пружины, соединенные параллельно для равномерного распределения и уравновешивания предварительной нагрузки на обод капсулы. Конечно же, другие эквивалентные упругие средства для замены пружин могут быть предусмотрены, не отходя от рамок объема данного изобретения.

Клапанный элемент 34 и инжекционный блок 25 могут, как правило, перемещаться относительно держателя 20 капсулы (или, наоборот, держатель капсулы может перемещаться относительно них) с помощью системы закрытия (не показана) для того, чтобы позволить осуществлять вставку капсулы 1 в держатель 20 капсулы и выемку капсулы из держателя капсулы соответственно перед процессом экстракции напитка и после него. Система закрытия может представлять собой механический и/или гидравлический механизм запирания. Известны многие механические механизмы закрытия для кофе-машин, такие как рычаги, образующие коленообразное соединение, или кулачковый запирающий механизм и аналогичные им. Кроме того, все средства 25 для инжекции воды, клапанный элемент 34, капсула 1 и держатель 20 капсулы вращаются вокруг оси Z во время процесса центрифугирования. Клапанный элемент 34 также выполнен подвижным независимо от контактной крышки 33 для учета различных возможных толщин капсул без отрицательного воздействия на относительное положение инжекционной части, когда она входит в контакт с капсулой. С этой целью часть 34 может быть смонтирована с возможностью скольжения относительно контактной крышки 33. Соединение 44, такое как кольцо круглого сечения, может быть предусмотрено между двумя частями 33, 34 для обеспечения влагонепроницаемости клапанных средств.

На стороне держателя капсулы упорное кольцо 8 для установки заданного давления прочно опирается на нижнюю часть или углубление 38 опорной кромки держателя 20 капсулы. Утопленная вниз часть или углубление 38 расположено ниже относительно опорной части 39 для фланца кромки держателя капсулы, которая удерживает фланцевую часть 7 обода. Высота ступеньки между утопленной вниз частью 38 и опорной частью предпочтительно равна расстоянию h₂ или близка к нему, для того чтобы обеспечит точное сопряжение между капсулой и держателем капсулы и надежное опирание упорного кольца 8 на держатель капсулы. Однако может оказаться, что расстояние h₂ упорного кольца меньше, чем высота ступеньки, что приведет к изгибанию упорного кольца относительно фланцевой части 7 под воздействием давления клапанного элемента 34. Фланцевая часть 7 может быть дополнительно нагружена периферийной частью 40 контактной крышки 33. Периферийная часть 40 содержит каналы или углубления 41, ориентированные радиально для обеспечения того, что центрифугированная жидкость, когда она вытекает через выходные отверстия, проткнутые перфорационным приспособлением 27, сможет проходить через контактную крышку на своем пути к клапанным средствам 18. Возможно, что фланцевая часть 7 имеет определенную форму или линию кривизны (например, немного выпуклую, вогнутую или наклонную), которая несколько отличается от профиля опорной поверхности 39 для фланца. В этом случае фланцевая часть 7 все еще может быть деформируема периферийной частью 40 контактной крышки 33, например, может быть сделана более плоской за счет прижимания к опорной поверхности 39 для обеспечения вхождения упорного кольца в углубление или утопленный вниз порожек 30.

Таким образом, обратное избыточное давление клапанных средств, по существу, заранее определено упорным кольцом 8 для установки заданного давления, которое изменяет относительное положение клапанного элемента 34 и величину сжатия пружинных средств 36 распределения давления. В зависимости от типа капсул, например, капсул 1А, 1В или 1С, размещенных в устройстве, величина обратного избыточного давления изменяется в результате различной геометрической формы упорного кольца 8 для установки заданного давления. Капсула 1А, показанная на фиг. 9, имеет более короткое упорное кольцо 8 по сравнению с капсулой 1С, изображенной на фиг. 11. В частности, как уже упоминалось выше, расстояние h₁ сравнительно меньше для капсулы 1А, тогда как расстояние равно для всех капсул 1А-1С. В результате этого пружинные средства 36 распределения давления становятся менее предварительно сжатыми, когда капсула 1А вставляется в устройство, чем когда в устройство вставляются капсулы 1В или 1С. Поскольку пружинные средства распределения давления являются более сжатыми, расстояние «d», представляющее общую длину пружинных средств распределения давления, уменьшается, что приводит к линейному увеличению предварительной нагрузки или усилия, прикладываемого к кольцу капсулы согласно закону Гука. Уменьшение расстояния «d» происходит здесь непосредственно в результате увеличения расстояния h₁ колец для установки заданного давления, поскольку все эти элементы располагаются в осевом линейном направлении. Следовательно, когда расстояние h₁ увеличивается в наборе капсул, величина предварительной нагрузки, прикладываемой пружинными нагружающими средствами (т.е. пружинами 36) к клапанным средствам 34 и соответственно к упорному кольцу 8 для установки заданного давления, уменьшается, поскольку длина «d» пружины возрастает. Эта конфигурация обеспечивает в результате простое механическое регулирование величины обратного избыточного давления клапанными средствами 18 с использованием этих специально сконструированных капсул. Например, в зависимости от типа капсул величина обратного избыточного давления (т.е. превышения давления по сравнению с атмосферным давлением), прикладываемого клапанными средствами, может находиться в диапазоне от 5 Н/см² (0,5 бар) до 180 Н/см² (18 бар), более предпочтительно от 15 Н/см² (1,5 бар) до 134 Н/см² (13 бар) и наиболее предпочтительно от 27 Н/см² (2,7 бар) до 87 Н/см² (8,7 бар). Эти величины давления в данном устройстве измеряются путем измерения осевого сжимающего усилия контактной поверхности 35, оказываемого на упорное кольцо 8 для установки заданного давления в закрытом положении клапана, и в результате разделения контактной поверхностью между этими двумя частями клапанных средств. Говоря более конкретно, капсула 1А меньшего размера предназначена для приготовления кофейных напитков «ристретто» (около 25 мл) и «эспрессо» (около 40 мл) с наибольшей величиной обратного избыточного давления благодаря ее более длинной верхней части с толщиной h₁ упорного кольца, например, при величинах обратного избыточного давления от 100 Н/см² до 180 Н/см². Кофейная капсула 1В среднего размера в большей степени предназначена для приготовления кофейного напитка «лунго» (около 100-120 мл) с величинами обратного избыточного давления в диапазоне от 50 Н/см² до 140 Н/см². Капсула 1С наибольшего размера предназначена для приготовления крепкого черного кофе (около 150-250 мл) и «эспрессо» (около 40 мл) с наименьшей величиной обратного избыточного давления, например в диапазоне от 5 Н/см² до 80 Н/см². Могут быть получены кофейные напитки с различными качественными характеристиками, в частности с коэффициентом выхода экстракта в диапазоне от 10% до 30%, общим весовым и процентом содержания твердых веществ от 0,5% до 2,5% и стабильной пенкой. Определение таких показателей, как процент выхода и общий процент содержания твердых веществ приведено, например, в документе ЕР 1566127.

Следует отметить, что идентификационные средства предпочтительно связаны с каждым типом капсулы для обеспечения установки соответствующих параметров в устройстве для производства напитков, соответствующих типу приготавливаемого и разливаемого напитка, в частности объему напитка (например, 25, 45, 110, 150, 250 мл и т.д.), величине расхода и/или скорости вращения, определяющими время нахождения напитка или жидкости в капсуле и величину расхода напитка или жидкости. Идентификационные средства могут представлять собой код, например, штрих-код, радиочастотный идентификационный код, распознавание цвета, магнитные или ферромагнитные средства, механические маркеры и т.д.

В устройстве данного изобретения экстракция напитка из капсулы 1 обеспечивается путем привода во вращение одновременно контактной крышки 33 инжекционного блока 25 (инжектор 26 предпочтительно остается неподвижным), клапанных средств 18, держателя 20 капсулы и капсулы вокруг оси Z со скоростью экстракции, составляющей, например, от 500 до 16500 об/мин, которая может быть постоянной или переменной. Скорость должна быть достаточной во время экстракции для создания центробежного давления жидкости в капсуле, позволяющего открыть клапанные средства, как описано.

Жидкость, которая инжектируется в капсулу 1, будет стремиться направляться вдоль внутренней поверхности боковой стенки корпуса 2, вверх к внутренней стороне мембраны 4 и затем через перфорированные выходные отверстия, образованные в мембране 4 перфорационными элементами 24, затем через клапанные средства 18 между поверхностью 35 и верхней частью упорного кольца 8. Жидкость может фильтроваться поверхностью раздела, образованной между перфораторами 27 и мембраной 4 для обеспечения того, что нерастворимые твердые частицы (например, кофе) удерживались в капсуле. Фильтрация может осуществляться также отдельным фильтром, вставленным в капсулу. Благодаря центрифугированию жидкости в капсуле 1, жидкость и вещество напитка (например, обжаренный и молотый кофейный порошок), находящиеся внутри капсулы, начинают взаимодействовать друг с другом для того, чтобы образовать съедобный продукт (например, кофейный жидкий экстракт). На фиг. 10 показана система, когда напиток за счет центрифугирования вытекает из капсулы и капсульные средства 18 открыты достаточно, так что жидкость проходит между упорным кольцом 8 для установки заданного давления и клапанным элементом 34. К центрифугированному напитку прикладывается достаточное давление вверх по потоку от клапанных средств для открытия их и образования кольцевого ограничительного отверстия 42 для того, чтобы поток жидкости направился к опорной стенке 46 коллектора с высокой скоростью. Открытие клапанных средств вновь обеспечивается за счет того, что жидкость заставляет клапанный элемент 34 дальше прижиматься к пружинам 36. Клапанный элемент предпочтительно изготовлен из несжимаемого материала, такого как твердый пластик или металл. Однако следует отметить, что клапанный элемент и пружины могут быть изготовлены как интегральная сжимаемая часть, выполняющая как функцию элемента контактирования, так и упругого элемента, если он выполнен, например, в виде резинового кольца или блока. Площадь поверхности ограничительного отверстия предпочтительно составляет от 0,5 до 15,0 мм², более предпочтительно от 1 до 10 мм². Площадь поверхности ограничения потока может изменяться в зависимости от установленной величины обратного избыточного давления и скорости вращения капсулы, причем, в общем случае, чем выше скорость, тем больше площадь поверхности при данной величине обратного избыточного давления.

Как упоминалось выше, для вещества напитка, которое представляет собой обжаренный и молотый кофе, капсула конструируется таким образом, что радиус R составляет от 22 до 31 мм, более предпочтительно от 24 до 30 мм, и наиболее предпочтительно от 25 до 29 мм. Удивительно, но эти диапазоны улучшают качество готового кофе в чашке. Когда радиус превышает максимальное значение, кофейный экстракт получается с меньшим ароматом. В частности, величины расходов увеличиваются, и поддерживаются разумные предельные значения скорости вращения.

Следует отметить, что может потребоваться небольшая утечка жидкости через клапанные средства 18, которая помогает удалить газ или воздух, содержащийся в капсуле, во время заполнения капсулы жидкостью в начале процесса приготовления напитка. Эта утечка может быть обеспечена небольшими радиальными канавками, отверстиями, выступами и т.п., предусмотренными в любом из клапанных элементов (например, на поверхности 35 устройства и/или на поверхности верхней части 9 упорного кольца).

Скорость вращения также регулируется для соответствия предпочтительной величине расхода центрифугируемой жидкости, вытекающей из капсулы. После заполнения капсулы водой и во время этапа экстракции вода продолжает закачиваться в капсулу с помощью водяного насоса с величиной расхода, которая по существу равна величине расхода центрифугируемой жидкости (поскольку капсула заполнена жидкостью, заполняющей полости). В конце этапа экстракции водяной насос может быть остановлен, в то время как центрифугирование поддерживается для опорожнения капсулы от остатков жидкости. Обычно именно величина расхода воды может регулироваться во время этапа экстракции. Величина расхода воды может измеряться расходомером, расположенным в контуре циркуляции жидкости вниз по потоку от клапанных средств, но установка расходомера в этой зоне является более сложной. Скорость вращения изменяется во время этапа экстракции для соответствия заданной величине расхода, заранее установленной в блоке управления. Заранее заданная величина расхода выбирается в зависимости от типа капсулы и/или приготавливаемого напитка. Преимущество капсул с упорным кольцом для установки заданного давления, способным устанавливать различные величины обратного избыточного давления, заключается также в возможности обеспечить различные диапазоны величин расхода при обеспечении центрифугирования в пределах более узкого диапазона скоростей вращения. Следовательно, имеется возможность работать с намного меньшими скоростями вращения, обеспечивая при этом такое же разнообразие кофейных напитков. Машина при этом подвергается более низким механическим напряжениям, поскольку центробежные силы ниже, так что система может быть сконструирована с использованием более легких материалов и меньшего количества материалов, и суммарное потребление электроэнергии уменьшается. Предпочтительный способ регулирования расхода напитка согласно установленной величине обратного избыточного давления с помощью регулирования скорости вращения приводных средств подробно описано в одновременно поданной европейской патентной заявке №09178382.9, озаглавленной «Капсульная система со средствами регулирования величины расхода». Эта патентная заявка приведена в приложении к данному документу в качестве ссылки. Конечно же, возможны и другие способы управления характеристиками напитка, такие как установка различных заранее заданных диапазонов скоростей вращения (или различных фиксированных значений), которые устанавливаются согласно различным типам капсул (1А, 1В, 1С).

На фиг. 12 и 13 показан еще один возможный вариант реализации капсулы данного изобретения, в которой упорное кольцо 8 для установки заданного давления сформировано из плоской (т.е. не полой) части, выступающей как над плоскостью Р, так и под плоскостью Р от фланцевой части 7 фланцеобразного обода 3 в осевом направлении. Как и в предыдущем варианте осуществления данного изобретения, упорное кольцо 8 для установки заданного давления содержит верхнюю часть 9, образующую расстояние h₁, измеряемое от поперечной плоскости Р, и нижнюю часть 10, образующую расстояние h₂, измеряемое от плоскости Р. Расстояние h₁ предпочтительно больше, чем расстояние h₂. Кроме того, расстояние h₁ изменяется в зависимости от типа капсул в наборе, тогда как расстояние h₂ предпочтительно остается постоянным в наборе капсул. Фланцеобразный обод 3 предпочтительно сформирован как неотъемлемая часть корпуса капсулы, включая упорное кольцо для установки заданного давления. Учитывая, что упорное кольцо имеет плоскую верхнюю поверхность, радиус R здесь измеряется у наибольшего расстояния (h₁) упорного кольца, но также как наиболее близкий к центральной оси «I» (т.е. на внутренней кромке верхней плоской поверхности), что соответствует ближайшей точке давления упорного кольца относительно центральной оси «I». Таким образом, радиус здесь не зависит от поперечной ширины упорного кольца. Конечно же, верхняя кромка упорного кольца может быть также вогнутой с наибольшим расстоянием (h1), которое является ближайшим в поперечном направлении к центральной оси «I». Упорное кольцо может быть изготовлено из обычного пластика, такого как полипропилен или полиэтилен, или комбинации пластиков, такой как полипропилен-полиэтилен, полипропилен-полиэтилентерефталат, плиэтилен-полиэтилентерефталат, полипропилен-полиэтилен-полиэтилентерефталат, полипропилен-поливинилспирт-полиэтилен или полиэтилен-поливинилспирт-полиэтилен, или комбинации пластика и металла, такой как полипропилен-алюминий или полиэтилен-алюминий, и лаков, слоев краски, клеящих составов и т.п. Оно может быть изготовлено вместе с корпусом способом литья под давлением или горячего формования. Упорное кольцо для установки давления может быть прямоугольного сечения, как показано на рисунке, или круглого, а также овального сечения. Фланцевая часть 7 может быть эластичной для деформирования во время вставки и прилегания к контактной крышке инжекционного приспособления.

В другом возможном варианте осуществления данного изобретения (здесь не показан) капсула может содержать упорное кольцо для установки заданного давления, которое является частью верхней стенки, например, частью мембраны или соединенным с ней, а не частью корпуса. К примеру, упорное кольцо может быть сформировано как кольцевой выступ мембраны и герметично соединено с ней. В этом случае упорное кольцо для установки заданного давления выступает в осевом и поперечном направлениях за фланцевую часть, но может быть не обязательно непосредственно присоединено к ней или являться неотъемлемой частью фланцевой части. Может также быть предусмотрено упорное кольцо для установки заданного давления, которое выполнено отдельно от корпуса и крепится к фланцевой части корпуса с помощью запрессовки или зажимов.

В другом возможном варианте упорное кольцо для установки заданного давления капсулы выступает только над плоскостью «Р», но не имеет выступа под плоскостью «Р» в направлении днища корпуса. В этом случае расстояние «h₁» изменяется в наборе капсул, как упомянуто выше, а расстояние «h₂» равно нулю.

Данное изобретение относится также к заполняемому капсульному комплекту, предназначенному для заполнения веществом напитка (например, молотым кофе). В этом варианте осуществления данного изобретения верхняя стенка капсулы является соединяемой с корпусом с помощью разъемного соединительного приспособления, позволяющего заполнять капсулу веществом напитка до вставки в устройства для производства напитков. Соединительное приспособление может представлять собой запрессовку, приклеивание, резьбовое соединение или комбинацию указанных способов. К примеру, верхняя стенка может представлять собой диск из перфорируемого материала (например, алюминиевую фольгу), который может присоединяться пользователем к чашеобразному корпусу с помощью самоклеющегося слоя после удаления защитной ленты, покрывающей вышеупомянутый клеящий слой. Клеящий слой может иметь состав, обеспечивающий достаточно прочное крепление для закрытия капсулы и обеспечения возможности перфорирования в устройстве. Этот слой может опираться на мембрану и/или фланцевую часть корпуса.

ПРИМЕРЫ

Целью испытаний была оценка влияния радиального расстояния (R) упорного кольца для установки заданного давления капсул данного изобретения на состав важнейших ароматических веществ с целью улучшения качества приготовленного кофе, получаемого с помощью центрифугирования.

Анализ был выполнен с использованием сорта поджаренного и молотого кофе Nespresso Arpeggio, приготовленного в чашке объемом 25 мл. Для каждой системы было приготовлено пять порций и смешаны для получения репрезентативного образца для обеих систем. Образцы тотчас же охлаждались размолотым льдом и выдерживались при температуре -20°С до начала анализа. Все образцы анализировались по три раза.

Были выбраны 13 основных ароматических соединений, представляющие все крупнейшие классы соединений (серные соединения, альдегиды, фенолы, дикетоны, пиразины).

Абсолютные концентрации определялись с помощью анализа микрофазной экстракции SPME-GC/MS с использованием соединений с радиоизотопными метками в качестве внутреннего стандарта (IDA).

Были исследованы капсулы двух различных диаметров (D), соответственно 52 мм и 63 мм. Капсула была сконструирована таким образом, что радиальный радиус (R), как указывалось выше, был равен D/2 с величиной допуска +/- 0,5 мм.

Хотя данное изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты его осуществления, многие модификации и изменения могут быть сделаны специалистом, обладающим обычными знаниями в данной области техники, не выходя за рамки объема данного изобретения, определенных прилагаемой формулой изобретения.

Были испытаны две величины скорости вращения: 5000 об/мин и 10000 об/мин.

Испытанный размер частиц молотого кофе (D_4,3) составлял 260 мкм.

Результаты испытаний относительно содержания ароматических веществ, присутствующих в кофейных напитках, приготовленных из капсул с двумя различными диаметрами (2.R), представлены в приведенной ниже таблице.

Увеличение диаметра от 52 мм до 63 мм приводит в результате к уменьшению содержания ароматических соединений в готовом напитке. Уменьшение содержания ароматических соединений при большем диаметре имеет место как при скорости вращения 5000 об/мин, так и при скорости 10000 об/мин. Наибольшее влияние оказывается для высоколетучих соединений при скорости вращения 5000 об/мин (меньше на 28%), которые также содержат многие показатели свежести, такие как альдегиды и диметилсульфиды. Низколетучие и среднелетучие соединения присутствовали в количестве на 10-20% меньшем для обеих испытанных скоростей вращения.