Машина для приготовления напитков - RU2331348C2

Чертежи

Показать все 48 чертежа(ей)

Описание

Настоящее изобретение относится к машине для приготовления напитков, в частности, для ее использования совместно с запечатанными картриджами, которые выполняют из фактически воздухонепроницаемых и водонепроницаемых материалов и которые содержат один или более ингредиентов для приготовления напитка.

Ранее предлагалось запечатывать ингредиенты для приготовления напитков в отдельные воздухонепроницаемые упаковки для их использования в машинах для приготовления напитков. Например, известны картриджи или капсулы, содержащие уплотненный молотый кофе, которые предназначены для их использования в некоторых машинах для приготовления кофе, обычно называемых «экспресс» машинами. При приготовлении кофе с использованием таких машин картридж с кофе устанавливают в заварочную камеру и через картридж пропускают горячую воду под относительно высоким давлением, извлекая таким образом из молотого кофе ароматические составляющие, чтобы приготовить кофейный напиток. Обычно такие машины действуют под давлением, составляющим более 6х10⁵ Па. Машины описанного типа считают относительно дорогостоящими, поскольку их компоненты, такие как водяные насосы и уплотнения, должны выдерживать высокие давления.

В публикации WО01/58786 международной заявки описан картридж для приготовления напитков, который действует под давлением, обычно находящимся в диапазоне примерно от 0,7 до 2, 0×10⁵Па. Однако картридж сконструирован для использования в машине для приготовления напитков, предназначенной для коммерческого или промышленного рынка, и является относительно дорогостоящим. Следовательно, остается потребность в картридже для приготовления напитка так, чтобы картриджи и машина для приготовления напитков были приемлемы, в частности, для рынка, предназначенного для бытового потребления, по их стоимости, эксплуатационным качествам и надежности. Также имеется необходимость в машине для приготовления напитков, предназначенной для таких картриджей, которую легко эксплуатировать и которая надежна в работе.

Соответственно, согласно настоящему изобретению создана система низкого давления для приготовления напитков, предназначенная для автоматического приготовления ряда напитков из ряда картриджей для получения напитков, при этом система содержит:

машину для приготовления напитков;

картриджи для напитков, при этом каждый картридж содержит один или более ингредиентов, связанных с особым типом напитка, причем система для приготовления напитков содержит

а. средство для размещения одного из картриджей для напитка в машине для приготовления напитков и средство подачи, при использовании, к картриджу водной среды под давлением, составляющим менее 2 бар, для получения напитка из одного или более находящихся в нем ингредиентов;

b. считывающее устройство в машине для приготовления напитков, предназначенное для автоматической интерпретации кода, записанного на картридже для приготовления напитка;

с. средство обработки для создания определенного варочного цикла на основе кода;

d. средство для автоматического регулирования температуры водной среды на основе кода перед подачей водной среды к картриджу для напитка;

е. аэрирующее средство, по меньшей мере, в некоторых из картриджей для напитков, по выбору, в зависимости от типа напитка, обеспечивающее пенообразование напитка;

f. интерфейс пользователя для запуска рабочего цикла;

при этом система для приготовления напитков может создавать разные напитки, включая, по меньшей мере, но не ограничиваясь этим, отфильтрованный кофе, капучино, чай, шоколад и вспененное молоко, причем работа интерфейса пользователя происходит независимо от подаваемого типа напитка.

Предпочтительно, чтобы машину для приготовления напитков, выполненную согласно настоящему изобретению, было легко эксплуатировать. В частности, предпочтительно, чтобы потребитель использовал один и тот же способ работы независимо от подаваемого типа напитка.

Будет понятно, что термин «картридж», который здесь использован, означает любую упаковку, контейнер, пакет-саше или емкость, которые содержат один или более ингредиентов, как описано. Картридж может быть жестким, полужестким или гибким.

Картридж, предназначенный для использования в предложенной системе, может содержать один или более ингредиентов, пригодных для образования продукта в виде напитка. Продукт может представлять собой, например, кофе, чай, шоколад или напиток на основе молока. Ингредиенты для напитков могут быть порошкообразными, молотыми, листовыми или жидкими. Ингредиенты могут быть нерастворимыми или растворимыми. Их примеры могут включать в себя обжаренный и молотый кофе, листовой чай, твердые частицы порошкообразного какао и суп, жидкие напитки на основе молока и концентрированные фруктовые соки.

Предпочтительно, чтобы напитки включали в себя кофе, чай, шоколад, молоко, суп и фруктовые соки.

Предпочтительно, чтобы машина для приготовления напитков дополнительно содержала средство для очистки картриджа после разлива напитка.

Система также может быть использована с одним или более картриджами, содержащими один или более ингредиентов, не предназначенных для напитков, например, для приготовления продуктов, не являющихся напитками, таких как соусы и десерты.

Считывающее устройство может представлять собой оптическое устройство для считывания штрих-кода.

Система может представлять собой бытовую систему низкого давления для приготовления напитков.

Согласно настоящему изобретению также создан способ приготовления, по меньшей мере, одного из напитков, при котором

а. вставляют, по меньшей мере, один картридж для напитка, содержащий один или более ингредиентов напитка, в машину низкого давления для приготовления напитков;

b. приводят в действие интерфейс пользователя в машине для приготовления напитков, чтобы запустить рабочий цикл;

с. приводят в действие считывающее устройство для распознавания кода, записанного на картридже для напитка;

d. выполняют определенный варочный цикл на основе кода;

е. пропускают водную среду через картридж, чтобы получить напиток, при этом температуру, предварительное увлажнение, объем, расход и воздушную очистку водной среды задают на основе кода;

f. образуют пену, по меньшей мере, для некоторых напитков;

при этом способ может обеспечить получение напитков, используя один или более картриджей, включающих в себя, по меньшей мере, но не ограничиваясь этим, отфильтрованный кофе, капучино, чай, шоколад и вспененное молоко, причем работа интерфейса пользователя происходит независимо от типа подаваемого напитка.

Согласно настоящему изобретению также создан способ приготовления напитка, при котором

а. вставляют первый картридж для напитка, содержащий один или более ингредиентов напитка, в машину для приготовления напитков;

b. приводят в действие машину для приготовления напитков, чтобы пропустить водную среду через первый картридж под давлением менее 2 бар для подачи в емкость первой части напитка;

c. сохраняют в памяти машины для приготовления напитков информацию о типе первого картриджа для напитка;

d. вставляют второй картридж для напитка, содержащий один или более ингредиентов напитка, в машину для приготовления напитка;

е. приводят в действие машину для приготовления напитков, чтобы пропустить водную среду через второй картридж под давлением менее 2 бар для подачи в емкость второй части напитка;

при этом один или более рабочих параметров машины для приготовления напитков в течение подачи из второго картриджа для напитка задают с учетом хранящейся в памяти информации, касающейся типа первого картриджа для напитка.

Как вариант, способ дополнительно содержит использование добавочных картриджей, чтобы подать три или более части напитка.

Предпочтительно, чтобы один или более рабочих параметров включали в себя:

I. температуру водной среды, пропускаемой через картридж для напитка;

II. расход водной среды;

III наличие или отсутствие стадии предварительного увлажнения;

IV. наличие или отсутствие стадии воздушной очистки;

V. давление водной среды;

VI. и/или полный объем подаваемой водной среды.

В последующем описании термин «верхний» и «нижний» и их эквиваленты будут использованы для описания относительного расположения деталей согласно изобретению. Термины «верхний» и «нижний» и их эквиваленты следует понимать как относящиеся к картриджу (или к другим компонентам) при его нормальной ориентации для вставки в машину для приготовления напитков и последующей подачи, как, например, показано на фиг. 4. В частности, «верхний» и «нижний» соответственно относятся к относительным положениям ближе или далее от верхней поверхности 11 картриджа. Кроме того, для описания относительного расположения деталей согласно изобретению будут использованы термины «внутренний» и «наружный» и их эквиваленты. Термины «внутренний» и «наружный» и их эквиваленты следует понимать как относящиеся к относительным положениям в картридже (или других компонентах), соответственно находящимся ближе или далее от центральной или главной оси Х картриджа 1 (или другого компонента).

Варианты осуществления конструкции согласно настоящему изобретению далее будут описаны лишь посредством примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг. 1 - вид в поперечном сечении наружного элемента первого и второго вариантов осуществления картриджа для использования совместно с настоящим изобретением;

фиг. 2 - вид в поперечном сечении фрагмента наружного элемента согласно фиг. 1, демонстрирующий направленное внутрь цилиндрическое удлинение;

фиг. 3 - вид в поперечном сечении фрагмента наружного элемента согласно фиг. 1, демонстрирующий прорезь;

фиг. 4 - вид в перспективе сверху наружного элемента согласно фиг. 1;

фиг. 5 - вид в перспективе сверху наружного элемента согласно фиг. 1 в перевернутой ориентации;

фиг. 6 - вид в плане сверху наружного элемента согласно фиг. 1;

фиг. 7 - вид в поперечном сечении внутреннего элемента согласно первому варианту осуществления картриджа;

фиг. 8 - вид в перспективе сверху внутреннего элемента согласно фиг. 7;

фиг. 9 - вид в перспективе сверху внутреннего элемента согласно фиг. 7 в перевернутой ориентации;

фиг. 10 - вид в плане сверху внутреннего элемента согласно фиг. 7;

фиг. 11 - вид в поперечном сечении первого варианта осуществления картриджа в собранном состоянии;

фиг. 12 - вид в поперечном сечении внутреннего элемента второго варианта осуществления картриджа;

фиг. 13 - вид в поперечном сечении фрагмента внутреннего элемента согласно фиг. 12, демонстрирующий отверстие;

фиг. 14 - вид в перспективе сверху внутреннего элемента согласно фиг. 12;

фиг. 15 - вид в перспективе сверху внутреннего элемента согласно фиг. 12 в перевернутой ориентации;

фиг. 16 - другой вид в поперечном сечении внутреннего элемента согласно фиг. 12;

фиг. 17 - вид в поперечном сечении еще одного фрагмента внутреннего элемента согласно фиг. 12, демонстрирующий отверстие для входа воздуха;

фиг. 18 - вид в поперечном сечении второго варианта осуществления картриджа в собранном состоянии;

фиг. 19 - вид в поперечном сечении наружного элемента третьего и четвертого вариантов осуществления картриджа для использования совместно с настоящим изобретением;

фиг. 20 - вид в поперечном сечении фрагмента наружного элемента согласно фиг. 19, демонстрирующий направленное внутрь цилиндрическое удлинение;

фиг. 21 - вид в плане сверху наружного элемента согласно фиг. 19;

фиг. 22 - вид в перспективе сверху наружного элемента согласно фиг. 19;

фиг. 23 - вид в перспективе сверху наружного элемента согласно фиг. 19 в перевернутой ориентации;

фиг. 24 - вид в поперечном сечении внутреннего элемента третьего варианта осуществления картриджа;

фиг. 25 - вид сверху в плане внутреннего элемента согласно фиг. 24;

фиг. 26 - вид в поперечном сечении фрагмента внутреннего элемента согласно фиг. 24, показывающий последовательно проходящий верхний обод;

фиг. 27 - вид в перспективе сверху внутреннего элемента согласно фиг. 24;

фиг. 28 - вид в перспективе сверху внутреннего элемента согласно фиг. 24 в перевернутой ориентации;

фиг. 29 - вид в поперечном сечении третьего варианта осуществления картриджа в собранном состоянии;

фиг. 30 - вид в поперечном сечении внутреннего элемента четвертого варианта осуществления картриджа;

фиг. 31 - вид в плане сверху внутреннего элемента согласно фиг. 30;

фиг. 32 - вид в перспективе сверху внутреннего элемента согласно фиг. 30;

фиг. 33 - вид в перспективе сверху внутреннего элемента согласно фиг. 30 в перевернутой ориентации;

фиг. 34 - вид в поперечном сечении четвертого варианта осуществления картриджа в собранном состоянии;

фиг. 35 - вид спереди в перспективе машины для приготовления напитков, выполненной согласно настоящему изобретению;

фиг. 36 - вид спереди в перспективе машины согласно фиг. 35 с головкой для картриджа в открытом положении;

фиг. 37 - вид сзади в перспективе машины согласно фиг. 35, при этом некоторые части для ясности фигуры не показаны;

фиг. 38 - другой вид сзади в перспективе машины согласно фиг. 35, при этом некоторые части для ясности фигуры не показаны;

фиг. 39 - вид в перспективе головки для картриджа машины согласно фиг. 35, при этом некоторые части для ясности фигуры не показаны;

фиг. 40 - еще один вид в перспективе головки для картриджа машины согласно фиг. 35, при этом некоторые части для ясности фигуры не показаны;

фиг. 41 - вид в поперечном сечении головки для картриджа в закрытом положении;

фиг. 42 - вид в поперечном сечении головки для картриджа в открытом положении;

фиг. 43 - схема машины согласно фиг. 35;

фиг. 44а и 44b представлены схемы первого и второго средств распознавания кода для машины согласно фиг. 35;

фиг. 45 - вид в плане картриджа для напитка согласно изобретению, содержащего штрих-код;

фиг. 46а - график зависимости концентрации от времени рабочего цикла;

фиг. 46b - график зависимости пенообразования от времени рабочего цикла;

фиг. 46с - зависимость температуры от времени рабочего цикла.

Как показано на фиг. 11, картридж 1, предназначенный для использования совместно с настоящим изобретением, в общем, содержит наружный элемент 2, внутренний элемент 3 и слоистую структуру 5. Наружный элемент 2, внутренний элемент 3 и слоистую структуру 5 собирают так, чтобы сформировать картридж 1, который имеет внутреннюю часть 120 для нахождения в ней одного или более ингредиентов напитка, впускное отверстие 121, выпускное отверстие 122 и путь прохождения напитка, связывающий впускное отверстие 121 с выпускным отверстием 122 и проходящий через внутреннюю часть 120. Впускное отверстие 121 и выпускное отверстие 122 первоначально изолированы слоистой структурой 5 и открываются для использования путем прокалывания или разрезания слоистой структуры 5. Путь прохождения напитка определен пространственными взаимосвязями между наружным элементом 2, внутренним элементом 3 и слоистой структурой 5, что будет обсуждено ниже. В картридж 1, как вариант, могут быть включены и другие компоненты, например фильтр 4, что будет дополнительно обсуждено ниже.

Первый вариант выполнения картриджа 1, который будет описан в целях рассмотрения предпосылок для создания изобретения, показан на фиг. 1-11. Первый вариант картриджа 1, в частности, предназначен для его использования с целью подачи отфильтрованных продуктов, например, обжаренного и молотого кофе, либо листового чая. Однако этот вариант картриджа 1 и другие варианты, которые описаны ниже, могут быть использованы совместно с другими продуктами, такими как шоколад, кофе, чай, подслащивающие вещества, сладкие наливки, ароматизирующие вещества, алкогольные напитки, молоко с вкусовыми наполнителями, фруктовые соки, фруктовые напитки типа сока из цитрусовых с газированной водой, соусы и десерты.

Как можно видеть на фиг. 5, картриджу 1 в целом придана круглая или дискообразная форма, при этом диаметр картриджа 1 значительно больше, чем его высота. Главная ось Х проходит через центр наружного элемента, как показано на фигуре 1. Обычно полный диаметр наружного элемента 2 составляет 74,5 мм±6 мм, а его полная высота составляет 16 мм±3 мм. Полный объем картриджа 1 в собранном состоянии обычно составляет 30,2 мл±20%.

Наружный элемент 2 обычно содержит чашеобразную оболочку 10, имеющую криволинейную кольцевую стенку 13, закрытую верхнюю часть 11 и открытую донную часть 12. Диаметр наружного элемента 2 меньше в верхней части 11 по сравнению с диаметром донной части 12, что является следствием расширения кольцевой стенки 13, как только она переходит от закрытой верхней части 11 к открытой донной части 12. Кольцевая стенка 13 и закрытая верхняя часть 11 совместно образуют резервуар с внутренней частью 34.

В закрытой верхней части 11 обеспечено полое, направленное внутрь цилиндрическое удлинение 18, сцентрированное по главной оси Х. На фигуре 2 показано более четко, что цилиндрическое удлинение 18 содержит ступенчатый профиль, имеющий первую, вторую и третью части 19, 20 и 21. Первая часть 19 представляет собой правильный круглый цилиндр. Вторая часть 20 имеет форму усеченного конуса и сужается внутрь. Третья часть 21 представляет собой другой правильный круглый цилиндр и закрыта нижней стороной 31. Диаметр первой, второй и третьей частей 19, 20, 21 последовательно уменьшается, при этом диаметр цилиндрического удлинения 18 уменьшается при переходе от верхней части 11 к закрытой нижней стороне 31 цилиндрического удлинения 18. На цилиндрическом удлинении 18 у соединения между второй и третьей частями 20 и 21 обычно образовано горизонтальное плечо 32.

В наружном элементе 2 по направлению к донной части 12 образовано проходящее наружу плечо 33. Проходящее наружу плечо 33 формирует вспомогательную стенку 15, соосную с кольцевой стенкой 13, чтобы определить кольцевой путь, формирующий канал 16 между вспомогательной стенкой 15 и кольцевой стенкой 13. Канал 16 проходит по окружности наружного элемента 2. В кольцевой стенке 13 на одном уровне с каналом 16 выполнен ряд прорезей 17 для обеспечения прохождения газа и жидкости между каналом 16 и внутренней частью 34 наружного элемента 2. Как показано на фигуре 3, прорези 17 представляют собой вертикальные щели в кольцевой стенке 13. Выполняют от 20 до 40 прорезей. В показанном варианте осуществления конструкции выполнено тридцать семь прорезей 17, обычно находящихся на равном расстоянии друг от друга по окружности канала 16. Длина прорезей 17 обычно составляет от 1,4 до 1,8 мм. Как правило, длина каждой прорези равна 1,6 мм, что составляет порядка 10% полной высоты наружного элемента 2. Ширина каждой прорези составляет от 0,25 до 0,35 мм. Обычно ширина каждой прорези составляет 0,3 мм. Ширина прорезей 17 достаточно мала, чтобы предотвратить прохождение через них ингредиентов напитков в канал 16 в течение хранения или использования.

В наружном элементе 2 у периферии этого элемента 2 образована впускная камера 26. Выполнена цилиндрическая стенка 27, что наиболее ясно показано на фигуре 5, которая определяет впускную камеру 26 во внутренней части 34 наружного элемента 2 и отделяет впускную камеру 26 от этой части. Цилиндрическая стенка 27 имеет закрытую верхнюю сторону 28, которая образована в плоскости, перпендикулярной главной оси Х, и открытый нижний конец 29, копланарный с донной частью 12 наружного элемента 2. Впускная камера 26 сообщается с каналом 16 через две прорези 30, как показано на фигуре 1.

Как вариант, может быть использовано от одной до четырех прорезей для сообщения между каналом 16 и впускной камерой 26.

Нижний конец проходящего наружу плеча 33 выполнен с проходящим наружу фланцем 35, который проходит перпендикулярно главной оси Х. Ширина фланца 35 обычно составляет от 2 до 4 мм. Часть фланца 35 увеличена для формирования рукояточной части 24, посредством которой можно удерживать наружный элемент 2. Для улучшения захвата рукояточную часть 24 выполняют с направленным вверх ободком 25.

Наружный элемент 2 формируют как одно целое из имеющих высокую плотность полиэтилена, полипропилена, полистирола, полиэфира либо из слоистой структуры, состоящей из двух или более указанных материалов. Подходящий полипропилен находится в ряду полимеров, которые могут быть получены от DSM UK Limited (Redditch, Соединенное Королевство). Наружный элемент может быть непрозрачным, прозрачным или полупрозрачным. Процесс его изготовления может представлять собой инжекционное формование.

Внутренний элемент 3, который показан на фиг. 7-10, содержит кольцевую раму 41 и отходящую вниз цилиндрическую воронку 40. Главная ось Х проходит через центр внутреннего элемента 3, как показано на фиг. 7.

На фиг. 8 наилучшим образом показано, что кольцевая рама 41 содержит наружный обод 51 и внутреннюю ступицу 52, соединенные десятью радиальными спицами 53, отстоящими друг от друга на одинаковом расстоянии. Внутренняя ступица 52 выполнена как одно целое с цилиндрической воронкой 40 и отходит от нее. В кольцевой раме 41 между радиальными спицами 53 образованы фильтрационные отверстия 55. На кольцевой раме 41 расположен фильтр 4, так чтобы он закрывал фильтрационные отверстия 55. Фильтр предпочтительно изготавливают из материала, обладающего высокой прочностью в мокром состоянии, например, из нетканого волокнистого материала, представляющего собой полиэфир. Другие материалы, которые могут быть использованы, включают в себя водонепроницаемый целлюлозный материал, например, целлюлозный материал, содержащий тканые бумажные волокна. Тканые бумажные волокна могут быть смешаны с волокнами из полипропилена, поливинилхлорида и/или полиэтилена. Введение этих пластиковых материалов в целлюлозный материал обеспечивает возможность уплотнения целлюлозного материала под действием тепла. Фильтр 4 также может быть обработан или покрыт материалом, который активируют посредством тепла и/или давления, так чтобы он при этом мог быть уплотнен по отношению к кольцевой раме 41.

Как показано на профиле в поперечном сечении согласно фиг. 7, внутреннюю ступицу 52 располагают в более низком положении, чем наружный обод 51, что приводит к получению кольцевой рамы 41, имеющей наклонный нижний профиль.

Верхняя поверхность каждой спицы 53 обеспечена проходящей вверх перегородкой 54, которая делит пустое пространство над кольцевой рамой 41 на большое количество каналов 57. Каждый канал 57 ограничен с каждой стороны перегородкой 54, а с нижней стороны - фильтром 4. Каналы 57 проходят от наружного обода 51 вниз и выходят к цилиндрической раме 40 у отверстий 56, образуемых внутренними окончаниями перегородок 54.

Цилиндрическая воронка 40 содержит наружную трубку 42, окружающую внутренний выпускной патрубок 43. Наружная трубка 42 формирует внешнюю часть цилиндрической воронки 40. Выпускной патрубок 43 соединен с наружной трубкой 42 у верхнего конца патрубка 43 посредством кольцевого фланца 47. Выпускной патрубок 43 содержит впускное отверстие 45 у верхнего конца, которое сообщается с отверстиями 56 каналов 57, и выпускное отверстие 44 в нижнем конце, через которое приготовленный напиток выпускают в чашку или другую емкость. Выпускной патрубок 43 содержит часть 48 в виде усеченного конуса в верхнем конце и цилиндрическую часть 58 в нижнем конце. Цилиндрическая часть 58 может иметь незначительное сужение, так чтобы она сужалась к выпускному отверстию 44. Часть 48 в виде усеченного конуса способствует прохождению напитка из каналов 57 вниз к выпускному отверстию 44 без возникновения турбулентности напитка. Верхняя поверхность части 48 в виде усеченного конуса обеспечена четырьмя опорными перемычками 49, отстоящими на равном расстоянии друг от друга по окружности цилиндрической воронки 40. Опорные перемычки 49 образуют между собой каналы 50. Верхние края опорных перемычек 49 находятся на одном уровне по отношению друг к другу и перпендикулярны главной оси Х.

Внутренний элемент 3 может быть сформирован в виде единой детали из полипропилена или подобного материала, как описано выше, посредством инжекционного формования таким же образом, как и наружный элемент 2.

Как вариант, внутренний элемент 3 и/или наружный элемент 2 могут быть изготовлены из полимера, разлагаемого под действием микроорганизмов. Примеры приемлемых материалов включают в себя разлагаемый полиэтилен (например, SPITEK, поставляемый Symphony Environmental, Borehamwood, Соединенное Королевство), разлагаемый под действием микроорганизмов полиэфирамид (например, ВАК 1095, поставляемый Symphony Environmental), полимолочные кислоты (PLA, поставляемый Cargil, Миннесота, США), полимеры на основе крахмала, производные целлюлозы и полипептиды.

Слоистую структуру 5 формируют из двух слоев - первого слоя из алюминия и второго слоя из литого полипропилена. Толщина алюминиевого слоя составляет от 0,02 до 0,07 мм. Толщина литого слоя из полипропилена составляет от 0,025 до 0,065 мм. В одном из вариантов осуществления конструкции используют алюминиевый слой толщиной 0,06 мм и слой полипропилена толщиной 0,025 мм. Такая слоистая структура особенно предпочтительна, поскольку она обладает высокой стойкостью к скручиванию в течение сборки. В результате слоистая структура 5 может быть предварительно обрезана для получения надлежащих размера и формы, и после этого перемещена к посту сборки на производственной линии без ее искажения. Поэтому слоистая структура 5 особенно пригодна для сварки. Могут быть использованы и другие слоистые материалы, включая слоистые структуры из полиэтилентерефталата, алюминия, полипропилена; полиэтилена, EVOH, полипропилена; полиэтилентерефталата, металлизации, полипропилена; алюминия и полипропилена. Вместо вырубленного слоистого сырья может быть использовано рулонное слоистое сырье.

Вместо гибкой слоистой структуры картридж 1 может быть закрыт жесткой или полужесткой крышкой.

При сборке картриджа 1:

а) внутренний элемент 3 вставляют в наружный элемент 2;

b) вырезают фильтр 4 для придания ему формы и располагают его на внутреннем элементе 3, чтобы он заходил поверх цилиндрической воронки 40 и опирался о кольцевую раму 41;

с) внутренний элемент 3, наружный элемент 2 и фильтр 4 соединяют посредством ультразвуковой сварки;

d) картридж 1 заполняют одним или более ингредиентами напитка;

е) к наружному элементу 2 крепят слоистую структуру 5.

Далее эти стадии будут обсуждены более подробно.

Наружный элемент 2 ориентируют таким образом, чтобы открытая донная часть 12 была направлена вверх. После этого внутренний элемент 3 вставляют в наружный элемент 2, так чтобы наружный обод 51 заходил по свободной посадке в осевое продолжение 14 в верхней части 11 картриджа 1. В то же время цилиндрическое удлинение 18 наружного элемента 2 заходит в верхнюю часть цилиндрической воронки 40 внутреннего элемента 3. Третью часть 21 цилиндрического удлинения 18 сажают внутри цилиндрической воронки 40 так, что закрытая нижняя поверхность 31 цилиндрического удлинения 18 опирается об опорные перемычки 49 внутреннего элемента 3. После этого поверх внутреннего элемента 3 устанавливают фильтр 4, так чтобы фильтровальный материал входил в соприкосновение с кольцевым ободом 51. Затем используют процесс ультразвуковой сварки для соединения фильтра 4 с внутренним элементом 3, причем в то же время и на той же самой стадии процесса внутренний элемент 3 соединяют с наружным элементом 2. Внутренний элемент 3 и фильтр 4 приваривают вокруг наружного обода 51. Внутренний элемент 3 и наружный элемент 2 соединяют посредством линий сварки вокруг наружного обода 51, а также верхних краев перемычек 54.

На фиг. 11 наиболее четко показано, что наружный элемент 2 и внутренний элемент 3, когда они соединены друг с другом, образуют пустое пространство 130 во внутренней части 120 ниже кольцевого фланца 41 и снаружи от цилиндрической воронки 40, которое формирует фильтрационную камеру. Фильтрационная камера 130 и каналы 57 над кольцевой рамой 41 разделены фильтрационной бумагой 4.

Фильтрационная камера 130 содержит один или более ингредиентов 200 напитка. Один или более ингредиенты напитка запакованы в фильтрационной камере 130. Для напитка отфильтрованного типа ингредиент обычно представляет собой обжаренный и молотый кофе или листовой чай. Плотность упаковывания ингредиентов напитка в фильтрационной камере 130 по желанию может быть изменена. Обычно для отфильтрованного кофейного продукта фильтрационная камера содержит от 5,0 до 10, 2 граммов обжаренного и молотого кофе в фильтрационном слое, толщина которого обычно составляет от 5 до 14 мм. Как вариант, внутренняя часть 120 может содержать одно или более тела, например сферы, которые могут свободно перемещаться во внутренней части 120 для содействия перемешиванию посредством создания турбулентности и разбиения нижних осадков ингредиентов напитка в течение подачи напитка.

Затем к наружному элементу 2 крепят слоистую структуру 5 посредством выполнения сварного шва 126 по периферии слоистой структуры 5 для соединения этой структуры 5 с нижней поверхностью проходящего наружу фланца 35. Сварной шов 126 проходит так, чтобы уплотнять слоистую структуру 5 относительно нижнего края цилиндрической стенки 27 впускной камеры 26. Кроме того, сварной шов 126 образован между слоистой структурой 5 и нижним краем наружной трубки 42 цилиндрической воронки 40. Слоистая структура 5 формирует нижнюю стенку фильтрационной камеры 130, а также уплотняет впускную камеру 26 и цилиндрическую воронку 40. Однако перед розливом имеется небольшой зазор 123 между слоистой структурой 5 и нижним краем выпускного патрубка 43. Могут быть использованы разнообразные способы сварки, например тепловая и ультразвуковая сварка в зависимости от характеристик материала слоистой структуры 5.

Предпочтительно, чтобы внутренний элемент 3 находился между наружным элементом 2 и слоистой структурой 5. Внутренний элемент 3 формируют из относительно жесткого материала, например, из полипропилена. Внутренний элемент 3, как таковой, образует элемент для выдерживания нагрузки, который действует для удержания слоистой структуры 5 и наружного элемента 2 так, чтобы они отстояли друг от друга, когда картридж 1 сжимают. Предпочтительно, чтобы картридж 1 при его использовании был подвергнут сжимающей нагрузке, составляющей от 130 Н до 280 Н. Сила сжатия действует для того, чтобы предотвратить повреждение картриджа под действием внутреннего давления, а также служит для прижатия внутреннего элемента 3 и наружного элемента 2 друг к другу. Это гарантирует, что внутренние размеры проходных путей и отверстий в картридже 1 будут неизменны, и не будут меняться в течение создания давления в картридже 1.

Для использования картриджа 1 его вначале вставляют в машину для приготовления напитков (которая ниже будет описана более подробно), причем впускное отверстие 121 и выпускное отверстие 122 открывают прошивными элементами машины для приготовления напитков, которые перфорируют и отгибают слоистую структуру 5. Водная среда, обычно вода, под давлением поступает в картридж 1 через впускное отверстие 121 и далее во впускную камеру 26 под давлением от 0,1 до 2,0 бар (˜0,1-2 атмосферы), хотя в случае картриджа согласно настоящему изобретению могут быть использованы и более высокие давления. Отсюда воду направляют так, чтобы она текла через прорези 30, вокруг канала 16 и в фильтрационную камеру 130 картриджа 1 через большое количество прорезей 17. Воду подают радиально внутрь через фильтрационную камеру 130, и она перемешивается с находящимися в ней ингредиентами 200 напитка. В то же время воду подают вверх через ингредиенты напитка. Напиток, образованный посредством прохождения воды через его ингредиенты, проходит через фильтр 4 и фильтрационные отверстия 55 в каналы 57, лежащие над кольцевой рамой 41. Уплотнение фильтра 4 со спицами 53 и приваривание обода 51 к наружному элементу 2 гарантирует отсутствие коротких путей прохождения, поэтому весь напиток будет проходить через фильтр 4.

После этого напиток течет вниз вдоль радиальных каналов 57, образованных между перемычками 54, через отверстия 56 и в цилиндрическую воронку 40. Напиток проходит вдоль каналов 50 между опорными перегородками 47 и вниз от выпускного патрубка 43 к выпускному отверстию 44, где напиток подают в емкость, например в чашку.

Предпочтительно, чтобы машина для приготовления напитков содержала оборудование для воздушной очистки, при этом сжатый воздух подают через картридж 1 в конце рабочего цикла для вымывания остающегося напитка в емкость.

Второй вариант картриджа 1 показан на фиг. 12-18. Второй вариант картриджа 1, в частности, предназначен для использования при подаче продуктов типа «экспресс», например, обжаренного и молотого кофе, когда желательно получить напиток, имеющий пену из маленьких пузырьков, известную как крем. Многие из деталей второго варианта картриджа 1 - такие же, что и в первом варианте, при этом для обозначения подобных деталей использованы одинаковые позиции. В последующем описании будет обсуждено различие между первым и вторым вариантами. Общие детали, которые функционируют одинаково, подробно обсуждены не будут.

Наружный элемент 2 имеет ту же самую конструкцию, что и в первом варианте картриджа 1, показанном на фиг. 1-6.

Кольцевая рама 41 внутреннего элемента 3 такая же, что и в первом варианте. Фильтр 4 также расположен на кольцевой раме 41, чтобы закрывать фильтрационные отверстия 55. Наружная трубка 42 цилиндрической воронки 40 такая же, что и ранее. Однако по сравнению с первым вариантом во втором варианте имеется ряд различий, касающихся конструкции внутреннего элемента 2. Как показано на фигуре 16, выпускной патрубок 43 обеспечен перегородкой 65, которая проходит часть пути от выпускного отверстия 44 вверх по выпускному патрубку 43. Перегородка 65 содействует предотвращению разбрызгивания и/или выплескивания напитка, когда он выходит из выпускного патрубка 43. Профиль выпускного патрубка 43 также иной и представляет собой ступенчатый профиль с отличием в виде резкого изгиба 66 вблизи от верхнего конца патрубка 43.

Имеется обод 67, проходящий вверх от кольцевого фланца 47, соединяющего наружную трубку 42 с выпускным патрубком 43. Обод 67 окружает впускное отверстие 45 выпускного патрубка 43 и определяет кольцевой канал 69 между самим ободом 67 и верхней частью наружной трубки 42. Обод 67 выполнен с направленным внутрь плечом 68. В одном месте по окружности обода 67 выполнено отверстие 70 в форме прорези, которая проходит от верхнего края обода 67 к месту, находящемуся немного ниже уровня плеча 68, что наиболее ясно видно на фигурах 12 и 13. Ширина прорези составляет 0,64 мм.

В кольцевом фланце 47 выполнено отверстие 71 для входа воздуха, совпадающее по окружности с отверстием 70, как показано на фигурах 16 и 17. Отверстие 71 для входа воздуха представляет собой отверстие, проходящее через фланец 47 таким образом, чтобы обеспечить сообщение между тем местом, которое находится над фланцем 47, и пустым пространством ниже фланца 47 между наружной трубкой 42 и выпускным патрубком 43. Предпочтительно, как показано, чтобы отверстие 71 для входа воздуха содержало верхнюю часть 73 в виде усеченного конуса и нижнюю цилиндрическую часть 72. Отверстие 71 обычно формируют посредством формовочного инструмента, такого как формовочная шпилька. Сужающийся профиль отверстия 71 для входа воздуха обеспечивает возможность более простого удаления формовочного инструмента из отформованного компонента. Стенке наружной трубки 42 вблизи от отверстия 71 для входа воздуха придана такая форма, чтобы образовать наклонный канал 75, идущий от отверстия 71 к впускному отверстию 45 выпускного патрубка 43. Как показано на фигуре 17, между отверстием 71 для входа воздуха и наклонным каналом 75 образовано угловое плечо 74 для гарантии того, что струя напитка, выпускаемая из прорези 70, сразу же не загрязнит верхнюю поверхность фланца 47 в непосредственной близости от отверстия 71 для входа воздуха.

Процесс сборки второго варианта картриджа 1 аналогичен сборке первого варианта. Однако имеются определенные различия. Как показано на фиг. 18, третья часть 21 цилиндрического удлинения 18 посажена внутри опорного обода 67, а не на опорные перегородки. Плечо 32 цилиндрического удлинения 18 между второй частью 20 и третьей частью 21 опирается на верхний край опорного обода 67 внутреннего элемента 3. Таким образом, сформирована стыковочная зона 124 между внутренним элементом 3 и наружным элементом 2, содержащая торцевое уплотнение между цилиндрическим удлинением 18 и опорным ободом 67, которая проходит почти по всей окружности картриджа 1. Уплотнение между цилиндрическим удлинением 18 и опорным ободом 67 не является непроницаемым текучей средой, поскольку прорезь 70 в опорном ободе 67 проходит через опорный обод 67 и вниз к тому месту, которое находится немного ниже плеча 68. Следовательно, сопряжение между цилиндрическим удлинением 18 и опорным ободом 67 преобразует прорезь 70 в отверстие 128, как наиболее ясно видно на фигуре 18, обеспечивая прохождение газа и жидкости между кольцевым каналом 69 и выпускным патрубком 43. Ширина отверстия обычно составляет 0,64 мм, а его длина составляет 0,69 мм.

Работа второго варианта картриджа 1 для подачи напитка подобна работе первого варианта, но с некоторыми различиями. Напиток, находящийся в радиальных каналах 57, течет вниз по этим каналам 57, образованным между перемычками 54, через отверстия 56 и в кольцевой канал 69 цилиндрической воронки 40. Из кольцевого канала 69 напиток подают под давлением через отверстие 128 посредством противодавления напитка, скапливающегося в фильтрационной камере 130 и каналах 57. Таким образом, напиток подают через отверстие 128 в виде струи и в расширительную камеру, образованную верхним концом выпускного патрубка 43. Как показано на фигуре 18, струя напитка проходит непосредственно поверх отверстия 71 для входа воздуха. Когда напиток входит в выпускной патрубок 43, давление струи напитка падает. В результате воздух будет захвачен потоком напитка в виде большого количества небольших воздушных пузырьков, когда воздух втягивают через отверстие 71. Струя напитка, выходящая из отверстия 128, проходит вниз к выпускному отверстию 44, из которого напиток подают в емкость, например, в чашку, в которой пузырьки воздуха формируют желаемый крем. Таким образом, отверстие 128 и отверстие 71 для входа воздуха совместно формируют аэратор, который действует так, чтобы захватывать воздух напитком. Поток напитка к аэратору должен сохраняться по возможности плавным, чтобы уменьшить потери давления. Предпочтительно, чтобы стенки аэратора были выполнены вогнутыми для снижения потерь вследствие трения из-за «эффекта стенки». Допуск на размер отверстия 128 незначителен. Предпочтительно, чтобы размер отверстия был постоянным ± 0,02 мм². Внутри или на выходе аэратора могут быть обеспечены волоски, волокна или иные неровности поверхности для увеличения эффективной площади поперечного сечения, которая, как установлено, повышает степень захватывания воздуха.

Третий вариант картриджа 1 показан на фиг. 19-29. Третий вариант картриджа 1, в частности, предназначен для использования при подаче растворимых продуктов, которые могут находиться в форме порошка, жидкости, сиропа, геля или в подобной форме. Растворимый продукт растворяют посредством водной среды, например воды, или он формирует суспензию посредством водной среды, когда эту среду при использовании пропускают через картридж 1. Примеры напитков включают в себя шоколад, кофе, молоко, чай, суп, либо другие обезвоженные или растворимые в воде продукты. Многие детали третьего варианта картриджа 1 такие же, что и в предыдущих вариантах, при этом для обозначения подобных деталей использованы те же самые позиции. В последующем описании будут обсуждены различия между третьим и предыдущими вариантами. Общие детали, которые функционируют подобным образом, подробно обсуждены не будут.

По сравнению с наружным элементом 2 предыдущих вариантов полое, направленное внутрь цилиндрическое удлинение 18 наружного элемента 2 третьего варианта имеет больший полный диаметр, как показано на фигуре 20. В частности, диаметр первой части 19 обычно находится между 16 и 18 мм по сравнению с 13,2 мм для наружного элемента 2 предыдущих вариантов. Кроме того, первая часть 19 выполнена с выпуклой наружной поверхностью 19а или с выступом, что наиболее ясно видно на фигуре 20, функция которого будет описана ниже. Однако диаметр третьих частей 21 картриджей 1 такой же, что приводит к получению в этом, третьем варианте картриджа 1 большей площади плеча 32. Обычно объем картриджа 1 в собранном состоянии составляет 32,5 мл±20%.

Количество и расположение прорезей в нижнем конце кольцевой стенки 13 также иное. Обеспечивают от 3 до 5 прорезей. В варианте осуществления конструкции, показанном на фигуре 23, обеспечены четыре прорези 36, расположенные на равном расстоянии друг от друга по окружности канала 16. Прорези 36 несколько шире, чем в предыдущих вариантах картриджа 1, при этом их ширина составляет от 0,35 до 0,45 мм, а предпочтительно 0,4 мм.

В других отношениях наружные элементы 2 картриджей 1 такие же.

Конструкция цилиндрической воронки 40 внутреннего элемента 3 такая же, что и в первом варианте картриджа 1, с выполнением при этом наружной трубки 42, выпускного патрубка 45, кольцевого фланца 47 и опорных перегородок 49. Различие состоит лишь в том, что выпускному патрубку 45 придана форма с верхним участком 92 в виде усеченного конуса и с нижним цилиндрическим участком 93.

В отличие от предыдущих вариантов, как показано на фиг. 24-28, кольцевая рама 41 заменена юбочной частью 80, которая окружает цилиндрическую воронку 40 и подсоединена к ней посредством восьми радиальных раскосов 87, которые прилегают к цилиндрической воронке 40 у кольцевого фланца 47 или вблизи от него. Цилиндрическое удлинение 81 юбочной части 80 проходит вверх от раскосов 87 для образования камеры 90 с открытой верхней стороной. Верхний обод 91 цилиндрического удлинения 81 имеет последовательно проходящий профиль, как показано на фигуре 26. Кольцевая стенка 82 юбочной части 80 проходит вниз от распорок 87 для образования кольцевого канала 86 между юбочной частью 80 и наружной трубкой 42.

Кольцевая стенка 82 содержит у нижнего конца наружный фланец 83, который расположен перпендикулярно главной оси Х. От нижней поверхности фланца 83 вниз отходит обод 84, при этом он содержит пять отверстий 85, которые находятся на равном расстоянии друг от друга по окружности вокруг обода 84. Таким образом, обод 84 выполнен с корончатым нижним профилем.

Между раскосами 87 образованы отверстия 89, обеспечивающие сообщение между камерой 90 и кольцевым каналом 86.

Процесс сборки третьего варианта картриджа 1 аналогичен сборке первого варианта, но с определенными различиями. Наружный элемент 2 и внутренний элемент 3 соединяют посредством их подталкивания друг к другу, как показано на фигуре 29, и удерживают посредством соединения защелкиванием, а не путем приваривания друг к другу. При соединении двух элементов направленное внутрь цилиндрическое удлинение 18 заходит внутрь верхнего цилиндрического удлинения 81 юбочной части 80. Внутренний элемент 3 удерживают в наружном элементе 2 посредством фрикционного взаимодействия выпуклой наружной поверхности 19а первой части 19 цилиндрического удлинения 18 с последовательно проходящим ободом 91 верхнего цилиндрического удлинения 81. При расположении внутреннего элемента 3 в наружном элементе 2 будет образована смесительная камера 134, расположенная снаружи от юбочной части 80. Смесительная камера 134 содержит ингредиенты 200 напитка перед его подачей. Следует заметить, что четыре впускных отверстия 36 и пять отверстий 85 проходят по окружности зигзагообразно по отношению друг к другу. Радиальное место нахождения двух частей по отношению друг к другу необязательно должно быть определено или фиксировано в течение сборки, поскольку использование четырех впускных отверстий 36 и пяти отверстий 85 предполагает, что будут происходить несовпадения между упомянутыми впускными отверстиями и отверстиями, каким бы не было относительное поворотное расположение компонентов.

Один или более ингредиентов напитка запаковывают в смесительной камере 134 картриджа. Плотность упаковывания ингредиентов напитка в смесительной камере 134 по желанию может быть изменена.

После этого к наружному элементу 2 и к внутреннему элементу 3 таким же образом, как описано выше применительно к предыдущим вариантам, крепят слоистую структуру 5.

При использовании вода поступает в смесительную камеру 134 через четыре прорези 36 таким же образом, как и в случае предыдущих вариантов картриджа. Воду подают радиально внутрь через смесительную камеру, и она перемешивается с находящимися здесь ингредиентами напитка. Продукт растворяется или перемешивается в воде и образует в смесительной камере 134 напиток, после чего его подают через отверстия 85 в кольцевой канал 86 посредством противодавления напитка и воды в смесительной камере 134. Ступенчатое расположение по окружности четырех впускных прорезей 36 и пяти отверстий 85 гарантирует, что струи воды не смогут проходить в радиальном направлении непосредственно из впускных прорезей 36 к отверстиям 85 без первоначальной циркуляции внутри смесительной камеры 134. При этом степень и консистенция растворения или перемешивания продукта будет значительно увеличена. Напиток подают вверх в кольцевой канал 86, через отверстия 89 между раскосами 87 и в камеру 90. Напиток выходит из камеры 90 через впускные отверстия 45 между опорными перегородками 49 к выпускному патрубку 43 и к выпускному отверстию 44, из которого напиток подают в емкость, например, в чашку. Такой картридж находит конкретное применение в случае ингредиентов напитков в виде вязких жидкостей или гелей. В одном случае использования в картридже 1 находится ингредиент в виде жидкого шоколада с вязкостью, составляющей от 1700 до 3900 мПа при окружающей температуре, и от 5000 до 10000 мПа при 0° и рефрактометрическом содержании сухих веществ, составляющем 67 бриксов ± 3. В другом случае в картридже 1 находится жидкий кофе с вязкостью от 70 до 2000 мПа в условиях окружающей среды, и от 80 до 5000 мПа при 0°, когда кофе имеет общий уровень сухих веществ от 40 до 70%. Ингредиент жидкого кофе может содержать по весу от 0,1 до 2,0% бикарбоната натрия, а предпочтительно от 0,5 до 1,0%. Бикарбонат натрия действует таким образом, чтобы удерживать уровень рН кофе порядка 4,8 или ниже, обеспечивая возможность хранения картриджа, заполненного кофе, до 12 месяцев.

Четвертый вариант картриджа 1 показан на фиг. 30-34. Четвертый вариант картриджа 1, в частности, предназначен для использования при подаче жидких продуктов, например, концентрированного молока в жидком виде. Многие из деталей четвертого варианта картриджа 1 те же, что и в предыдущих вариантах, при этом для обозначения подобных деталей использованы одинаковые позиции. В последующем описании будут обсуждены различия между четвертым и предыдущими вариантами. Общие детали, которые функционируют подобным образом, подробно обсуждены не будут.

Наружный элемент 2 выполнен таким же, что и в третьем варианте картриджа 1, и показан на фиг. 19-23.

Цилиндрическая воронка 40 внутреннего элемента 3 подобна воронке, показанной во втором варианте картриджа 1, но с определенными различиями. Как показано на фигуре 30, выпускному патрубку 43 придана такая форма, что он имеет верхнюю часть 106 в виде усеченного конуса и нижнюю цилиндрическую часть 107. На внутренней поверхности выпускного патрубка 43 выполнены три осевых ребра 105, служащих для направления подаваемого напитка вниз к выпускному отверстию 44 и для предотвращения разбрызгивания подаваемого напитка внутри патрубка. Следовательно, ребра 105 действуют в качестве перегородок. Как и во втором варианте картриджа 1, отверстие 71 для входа воздуха выполнено через кольцевой фланец 47. Однако наклонный канал 75 под отверстием 71 для входа воздуха удлинен в большей степени, чем во втором варианте.

Выполнена юбочная часть 80, подобная показанной в третьем варианте картриджа 1, который описан выше. В ободе 84 выполняют от 5 до 12 отверстий 85. Обычно выполняют десять отверстий, а не пять, как в третьем варианте картриджа 1.

Создана кольцеобразная чаша 100, проходящая от фланца 83 юбочной части 80 и выполненная заодно с этим фланцем. Кольцеобразная чаша 100 содержит расширяющийся корпус 101 с открытой верхней входной частью 104, которая направлена вверх. Четыре подводящих отверстия 103, показанных на фигурах 30 и 31, расположены в корпусе 101 у нижнего конца чаши 100 или вблизи от этого конца, где она соединяется с юбочной частью 80. Предпочтительно, чтобы подводящие отверстия отстояли на одинаковом расстоянии друг от друга по окружности чаши 100.

Слоистая структура 5 представляет собой структуру такого типа, которая описана в предыдущих вариантах осуществления конструкции.

Процесс сборки четвертого варианта картриджа 1 происходит так же, что и в случае третьего варианта.

Работа четвертого варианта картриджа подобна работе третьего варианта. Вода поступает в картридж 1 и смесительную камеру 134 таким же образом, как и ранее. Здесь вода перемешивается с жидким продуктом и разжижает его, при этом продукт далее подают ниже чаши 100 через отверстия 85 к выпускному отверстию 44, как описано выше. Часть жидкого продукта, первоначально находящаяся внутри кольцеобразной чаши 100, как показано на фигуре 34, не подвергается немедленному разжижению водой, поступающей в смесительную камеру 134. Разбавленный жидкий продукт в нижней части смесительной камеры 134 будет стремиться выйти через отверстия 85 вместо подачи вверх в кольцевую чашу 100 через верхнюю входную часть 104. Следовательно, жидкий продукт в кольцеобразной чаше 100 будет оставаться относительно концентрированным в течение начальных стадий рабочего цикла по сравнению с продуктом в нижней части смесительной камеры 134. Жидкий продукт в кольцеобразной чаше 100 просачивается через подающие отверстия 103 под действием силы тяжести в поток продукта, выходящего из смесительной камеры 134 через отверстия 85 и ниже чаши 100. Кольцеобразная чаша 100 действует таким образом, чтобы выравнивать концентрацию разбавленного жидкого продукта, заходящего в цилиндрическую воронку 40, посредством сдерживания доли концентрированного жидкого продукта и его устойчивого выпуска к пути выходящего потока жидкости на протяжении рабочего цикла, как показано на фигуре 46а, на которой концентрация молока, измеренная как процентное содержание имеющегося общего количества сухих веществ, показана в течение рабочего цикла, приблизительно составляющего 15 секунд. Линия а характеризует концентрацию при наличии чаши 100, в то время как линия b относится к картриджу без чаши 100. Как можно видеть, концентрация при наличии чаши 100 более равномерна в течение рабочего цикла, при этом в данном случае отсутствует немедленное значительное падение концентрации, что имеет место при отсутствии чаши 100. Начальная концентрация молока обычно составляет 30-35% взвешенных твердых частиц, а в конце цикла 10% взвешенных твердых частиц. Это приводит к коэффициенту разбавления примерно 3-1, хотя в случае настоящего изобретения возможны коэффициенты разбавления от 1 до 1 и от 6 до 1. Для других жидких ингредиентов напитка концентрации могут изменяться. Например, для жидкого шоколада первоначальная концентрация приблизительно составляет 67% взвешенных твердых частиц, а в конце цикла она составляет 12-15%. Это приводит к получению коэффициента разбавления (отношение водной среды к ингредиенту напитка в поданном напитке) примерно от 5 до 1, хотя в случае настоящего изобретения возможны коэффициенты разбавления от 2 до 1 и от 10 до 1. В случае жидкого кофе первоначальная концентрация составляет 40-67%, а концентрация в конце подачи составляет 1-2% взвешенных твердых частиц. Это приводит к коэффициенту разбавления от 20 до 1 и от 70 до 1, хотя в случае настоящего изобретения возможны коэффициенты разбавления от 10 до 1 и от 100 до 1.

Из кольцевого канала 86 напиток подают под давлением через отверстие 128 посредством противодавления напитка, скопившегося в фильтрационной камере 134 и камере 90. Затем напиток подают через отверстие 128 в виде струи и в расширительную камеру, образованную верхним концом выпускного патрубка 43. Как показано на фигуре 34, струя напитка проходит непосредственно над отверстием 71 для подачи воздуха. Когда напиток входит в выпускной патрубок 43, давление струи напитка падает. В результате воздух будет захвачен потоком напитка в виде большого количества маленьких воздушных пузырьков, когда его подают через подводящее отверстие 71. Струя напитка, выпускаемая из отверстия 128, проходит вниз к выпускному отверстию 44, откуда напиток выпускают в емкость, например в чашку, в которой пузырьки воздуха придают напитку желаемый вспененный внешний вид.

Предпочтительно, чтобы внутренний элемент 3, наружный элемент 2, слоистую структуру 5 и фильтр 4 можно было легко стерилизовать благодаря тому, что компоненты могут быть отделены друг от друга и сами по себе не содержат извилистых проходных путей и узких щелей. Необходимые проходные пути будут образованы только при соединении компонентов, после того как будет проведена стерилизация. Это особенно важно в том случае, когда ингредиент напитка представляет собой продукт на основе молока, например, жидкий молочный концентрат.

Четвертый вариант конструкции картриджа для получения напитка особенно предпочтителен для розлива концентрированного жидкого продукта на основе молока, например, жидкого молока. Ранее использовали порошковый молочный продукт в виде небольших пакетов для добавления к предварительно приготовленному напитку. Однако в случае напитков типа кофе со взбитыми сливками необходимо вспенивать молоко. Ранее этого достигали посредством пропускания пара через жидкий молочный продукт. Однако это неизбежно приводит к необходимости обеспечения источника подачи пара, что повышает стоимость и сложность машины, используемой для розлива напитка. Использование пара также повышает опасность получения травм в течение работы с картриджем. Соответственно, в настоящем изобретении создан картридж для напитка, в котором находится концентрированный жидкий продукт на основе молока. Установлено, что путем концентрации молочного продукта может быть получено большее количество пены для определенного объема молока по сравнению со свежим или пастеризованным молоком. Это позволяет уменьшить размер, требуемый для картриджа с молоком. Свежее полусепарированное молоко содержит приблизительно 1,6% жира и 10% общего количества твердых веществ. Приготовленные концентрированные жидкие молочные продукты согласно настоящему изобретению содержат от 0,1 до 12% жира и от 25 до 40% общего количества твердых веществ. В случае типичного примера продукт содержит 4% жира и 30% общего количества твердых веществ. Концентрированные молочные продукты пригодны для вспенивания при использовании машины для приготовления, работающей при низком давлении, что будет описано ниже. В частности, вспенивание молока обеспечивают при давлениях ниже 2 бар, а предпочтительно - при давлении 1,5 бар, используя картридж согласно описанному выше четвертому варианту.

Вспенивание концентрированного молока особенно предпочтительно для таких напитков как кофе со взбитыми сливками и молочные коктейли. Предпочтительно, чтобы прохождение молока через отверстие 128 и поверх отверстия 71 для входа воздуха и, как вариант, использование чаши 100 обеспечивали уровни вспенивания для молока, составляющие более 40%, а предпочтительно более 70%. Для жидкого шоколада возможны уровни вспенивания, составляющие более 70%. Для жидкого кофе возможны уровни вспенивания, составляющие более 70%. Уровень пенообразования измеряют как отношение объема созданной пены к объему поданного ингредиента жидкого напитка. Например, при розливе 138,3 мл напитка, из которых 58,3 мл составляет пена, пенообразование определяют как [58,3/(138,3-58,3)]х100=72,9%. Пенообразование молока (и других жидких ингредиентов) усиливают посредством создания чаши 100, как видно из фигуры 46b. Пенообразование при розливе молока и наличии чаши 100 (линия а) больше, чем при розливе молока без чаши (линия b). Это происходит потому, что пенообразование молока, безусловно, соотносится с концентрацией молока и, как показано на фигуре 46а, чаша 100 позволяет сохранять высокую концентрацию молока на большей части рабочего цикла. Также известно, что возможность пенообразования молока, безусловно, соотносится с температурой водной среды, как видно из фигуры 46с. Таким образом, чаша 100 предпочтительна, поскольку больше молока остается в картридже почти до конца рабочего цикла, когда водная среда находится в ее наиболее нагретом состоянии. Это вновь повышает возможность пенообразования.

Картридж согласно четвертому варианту также предпочтителен при розливе продуктов в виде жидкого кофе.

Установлено, что варианты осуществления конструкции картриджа для напитка согласно настоящему изобретению преимущественно обеспечивают повышенную консистенцию сваренного напитка по сравнению с известными картриджами. Следует сделать ссылку на приведенную далее Таблицу 1, в которой представлены результаты, касающиеся получения сваренных продуктов для двадцати примеров, при этом каждый из картриджей А и В содержит обжаренный и молотый кофе. Картридж А выполнен согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Картридж В представляет собой картридж согласно известному уровню техники, который описан в составленном заявителем документе WO01/58786. Показатель преломления сваренного напитка измеряют в бриксах и преобразуют в процентное содержание растворимых сухих веществ, используя стандартные таблицы и формулы. В приведенном ниже примере:

% растворимых сухих веществ=0,074 х (значение в бриксах)+0,0569

% выхода = (% растворимых сухих веществ х сваренный объем (г)/(100хвес кофе(г)

Выполнение статистического анализа на основе t-критерия, касающегося приведенных выше данных, дал следующие результаты:

Анализ показывает, что консистенция выхода в %, которая равна крепости заварки, для картриджей согласно настоящему изобретению значительно лучше (при уровне достоверности 95%), чем в случае известных картриджей, со стандартным отклонением порядка 0,88% по сравнению с 2,24%. Это означает, что напитки, сваренные с использованием картриджей согласно настоящему изобретению, имеют большую повторяемость и равномерную крепость. Это предпочтительно для тех потребителей, которые любят пробовать напитки время от времени и не хотят случайных изменений крепости напитка.

Материалы описанных выше картриджей могут быть обеспечены защитным покрытием для повышения их стойкости к кислороду, и/или влажности, и/или иным проникающим извне воздействующим веществам. Защитное покрытие также может повысить стойкость к утечкам ингредиентов напитков изнутри картриджа и/или уменьшить степень выщелачивания экстрагируемых веществ из материалов картриджа, которые могут вредно повлиять на ингредиенты напитков. Защитное покрытие может представлять собой материал, выбранный из группы, состоящей из полиэтилентерефталата, полиамида, EVON, поливинилиденхлорида, или металлизированный материал. Защитное покрытие может быть нанесено посредством ряда способов, включая, но не ограничиваясь этим, паровое осаждение, вакуумное осаждение, плазменное покрытие, совместную экструзию, маркирование в форме, двухступенчатое или многоступенчатое формование.

Машина 201 для приготовления напитков, выполненная согласно настоящему изобретению и предназначенная для использования с описанными выше картриджами для напитков, показана на фигурах 35-45. Машина 201 в целом содержит корпус 210 с находящимся в нем баком 220 для воды, нагреватель 225 воды, водяной насос 230, воздушный компрессор 235, управляющий процессор, интерфейс 240 пользователя и головку 250 для картриджа. Головка 250 для картриджа, в свою очередь, обычно содержит держатель 251, предназначенный для удерживания картриджа 1 для напитка при его использовании, средство 252 распознавания картриджа и прошивные элементы 253, 254 для формирования при их использовании впускного отверстия 121 и выпускного отверстия 122 в картридже 1 для напитка.

Корпус 210 содержит и удерживает в надлежащем положении другие компоненты машины 201. Корпус 210 в целом или частично предпочтительно изготавливают из прочных пластиков, например из акрилонитрилбутадиенстирола. Как вариант, корпус 210 в целом или частично может быть изготовлен из металлических материалов, например из нержавеющей стали или алюминия. Корпус 210 предпочтительно содержит конструкцию в виде раковины, имеющей переднюю половину 211 и заднюю половину 212, которые обеспечивают возможность доступа в течение сборки для монтажа компонентов машины 201 и после этого могут быть соединены друг с другом для образования внутренней части 213 корпуса 210. Задняя половина 212 обеспечивает полость 214 для крепления бака 220 для воды. Корпус 210 образован со средствами, например, со стопорами, упорами, выступами и резьбовыми частями для удерживания компонентов машины 201 в надлежащем положении без необходимости отдельных каркасных частей. Это позволяет уменьшить стоимость и вес машины 201 в целом. Основание 215 корпуса 210 предпочтительно выполнено с ножками для устойчивой установки на них машины. Как вариант, основание 215 может само по себе иметь форму, образующую устойчивую опору.

Передняя половина 211 корпуса 210 содержит место розлива 270, где происходит розлив напитка. Место розлива 270 содержит приемную стойку 271, имеющую полую внутреннюю часть, формирующую поддон для стекания 272. Верхняя поверхность 273 приемной стойки обеспечена решеткой 274, на которую устанавливают емкость. Поддон для стекания 272 может быть извлечен из корпуса 210, чтобы облегчить удаление скопившейся воды. В передней половине корпуса 210 над приемной стойкой 271 образована полость 275, соответствующая размерам емкости.

Головка 250 для картриджа расположена по направлению к верхней части корпуса 210 над приемной стойкой, как показано на фигурах 35 и 36. Предпочтительно, чтобы высоту решетки 274 можно было регулировать по отношению к головке 250 для картриджа, чтобы обеспечить соответствие разным размерам емкости. Предпочтительно, чтобы емкость находилась по возможности ближе к головке 250 для картриджа, но с обеспечением при этом возможности установки емкости на место розлива 270 и ее извлечения из этого места, так чтобы довести до минимума высоту, на которую должен быть опущен разливаемый напиток перед соприкосновением с емкостью. Это позволяет довести до минимума разбрызгивание и расплескивание напитка, а также довести до минимума потери захваченных пузырьков воздуха, если они имеются.

Предпочтительно, чтобы между решеткой 274 и головкой 250 для картриджа можно было вставлять емкости, высота которых составляет от 70 мм до 110 мм.

На передней части корпуса 210 расположен интерфейс 240 пользователя машины, при этом он содержит кнопку 241 пуска/остановки и большое количество индикаторов состояния 243-246.

Индикаторы состояния 243-246 предпочтительно включают в себя светодиод 243 для указания готовности машины 201, светодиод 244 для указания того, что при работе машины 201 произошла ошибка, и один или более светодиоды 245-246 для указания того, в каком режиме работает машина 201 - ручном или автоматическом. Светодиодами 243-246 можно управлять так, чтобы они светили с постоянной интенсивностью, с прерывистым вспыхиванием или обоими способами в зависимости от состояния машины 201. Светодиоды 243-246 могут иметь различные цвета, включая зеленый, красный и желтый.

Кнопка 241 пуска/остановки управляет началом рабочего цикла и представляет собой приводимую в действие рукой нажимную кнопку, выключатель или что-то подобное.

Может быть обеспечено средство регулирования объема, позволяющее пользователю машины 201 вручную регулировать объем разливаемого напитка без изменения других рабочих характеристик. Предпочтительно, чтобы средство регулирования объема обеспечивало возможность регулирования объема в пределах плюс/минус 20%. Средство регулирования объема может представлять собой поворотную головку, линейный ползун, средство цифровой индикации с кнопками возрастания и убывания, либо что-то подобное. В более типичном случае объемом управляет пользователь, действуя посредством кнопки 241 пуска/остановки.

На машине 201 может быть установлен ручной силовой переключатель (не показан). Как вариант, средством подачи энергии можно управлять простым способом посредством вставки или удаления штепсельной вилки для подачи энергии из основного средства подачи энергии.

Бак 220 для воды расположен в задней части корпуса 210 и подсоединен к задней половине 212 корпуса 210. Бак 220 содержит, в общем, цилиндрический корпус 221, который из эстетических соображений по желанию может иметь правильную круглую форму или форму усеченного конуса. Бак содержит впускное отверстие для его заполнения водой, которое при использовании закрывают удаляемой вручную крышкой 222. По направлению к нижнему концу бака образовано выпускное отверстие, которое сообщается с водяным насосом 230. Бак 220 может быть изготовлен из прозрачного или полупрозрачного материала для возможности наблюдения потребителем за количеством воды, остающейся в баке. Как вариант, бак 220 может быть изготовлен из светонепроницаемого материала, но при этом в нем может быть выполнено окно для наблюдения. Помимо этого либо вместо того, как было указано выше, бак 220 для воды может быть оснащен датчиком нижнего уровня, который предотвращает работу водяного насоса 230 и, как вариант, включает индикатор оповещения, например светодиод, когда уровень воды в баке падает до заданного уровня. Бак 220 для воды предпочтительно имеет внутренний объем, приблизительно составляющий 1,5 литра.

Водяной насос 230 функционально подсоединен между баком 220 для воды и водяным нагревателем 225, как схематически показано на фигуре 43, и им управляют посредством управляющего процессора. Насос обеспечивает максимальный расход воды порядка 900 мл/мин при максимальном давлении 2,5 бар. Предпочтительно, чтобы при обычном использовании давление было ограничено 2 бар. Расходом воды в машине 201 можно управлять посредством управляющего процессора, так чтобы расход составлял часть максимального расхода насоса, посредством циклического прерывания подачи электроэнергии к насосу. Предпочтительно, чтобы насос мог быть приведен в действие с получением любого значения расхода, составляющего 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% или 100% от максимального проектируемого расхода. Точность объема нагнетаемой воды предпочтительно составляет ± 5%, что приводит к точности ±5% конечного объема поданного напитка. Приемлемым насосом является насос Evolution EP8, изготавливаемый компанией Ulka S.r.l. (Pavia, Италия). На линии потока ближе или дальше по ходу от насоса 230 предпочтительно устанавливают датчик расхода (не показан). Предпочтительно, чтобы датчик расхода представлял собой ротационный датчик.

Нагреватель 225 воды устанавливают внутри корпуса 210. Нагреватель 225 имеет номинальную мощность порядка 1550 ватт и может нагревать воду, поступающую от водяного насоса 230, от начальной температуры, приблизительно составляющей 20°С, до рабочей температуры примерно 85°С за 1 минуту. Предпочтительно, чтобы время задержки между концом одного рабочего цикла и возможностью нагревателя 225 начать последующий рабочий цикл, составляло менее 10 секунд. В течение рабочего цикла нагреватель сохраняет выбранную температуру с отклонением в пределах ±2°С. Как обсуждено ниже, вода для выполнения рабочего цикла может быть подана к головке 250 для картриджа при температуре 83°С или 93°С. Нагреватель 225 способен быстро отрегулировать температуру при подаче до 83° С или 93°С от номинальной температуры воды порядка 85°С. Нагреватель 225 содержит средство, препятствующее созданию избыточной температуры, которое отключает нагреватель, если температура превышает 98°С. Воду, выходящую из нагревателя 225, подают к головке 250 для картриджа и к картриджу 1 посредством трехходового клапана. Если давление потока воды приемлемо, то воду пропускают к картриджу 1. Если давление ниже или выше заданного предела, то воду отводят посредством трехходового клапана к возвратной емкости 270 с поддоном для стекания.

Воздушный компрессор 235 функционально подсоединен к головке 250 для картриджа посредством обратного клапана, и им управляет управляющий процессор. Воздушный компрессор 235 создает максимальный расход воздуха порядка 500 мл/мин при давлении 1 бар. При использовании рабочий объем порядка 35 мл доводят до давления 2,0 бара. Предпочтительно, чтобы воздушный компрессор 235 мог обеспечивать две скорости потока: большую (или максимальную) скорость потока и малую скорость потока.

Управляющий процессор машины 201 для приготовления напитков содержит модуль обработки и память. Процессор функционально соединен с нагревателем 225 воды, водяным насосом 230, воздушным компрессором 235 и интерфейсом 240 пользователя, и управляет их работой.

Память управляющего процессора включает в себя одну или более переменные для одного или более рабочих параметров машины 201 для приготовления напитков. В представленном варианте осуществления конструкции рабочими параметрами являются температура воды, проходящей через картридж 1 для напитка в течение рабочей стадии, скорость загрузки картриджа 1, наличие стадии вымачивания или чего-либо подобного, касающегося этой стадии, полный объем розлива напитка, расход воды в течение стадии выпуска, а также расход и период, касающиеся стадии очистки.

Переменные, относящиеся к рабочим параметрам, хранятся в памяти. Картридж 1 содержит код, выполненный на картридже 1 или внутри него, характеризующий рабочие параметры, требуемые для оптимального розлива напитка в случае данного картриджа 1. Код представляет собой двоичный формат и содержит большое количество информационных битов, соответствующих переменным, хранящимся в памяти управляющего процессора. В таблице 3 показано, как 13 битов информации могут быть использованы для отображения необходимых переменных, относящихся к указанным выше рабочим параметрам.

Код на картридже 1 или внутри него обычно будет содержать один или более дополнительных информационных битов для контроля ошибок. В одном из примеров обеспечивают код из 16 битов. Так, при использовании переменных, перечисленных в Таблице 3, картридж 1, несущий на себе код «1000100011110», будет иметь следующие рабочие параметры:

10 - температура воды 83°С;

00 - быстрая загрузка с вымачиванием;

1000 - объем поданного напитка 150 мл;

111 - расход равен 100%;

10 - быстрая очистка воздушным потоком/короткий период.

Таким образом, в отличие от предыдущих машин для приготовления напитков память управляющего процессора не хранит инструкции по эксплуатации, касающиеся картриджей для напитков, на основе типа картриджа, то есть инструкции, касающиеся картриджа для кофе, инструкции, касающиеся картриджа для шоколада, инструкции, касающиеся картриджа для чая и т.д. Вместо этого память управляющего процессора хранит переменные для регулирования отдельных рабочих параметров рабочего цикла. В этом состоит ряд преимуществ. Во-первых, может быть обеспечена более высокая степень управления циклом розлива. Например, могут быть использованы несколько различающиеся рабочие параметры для разных сортов или смесей кофе вместо использования тех же самых параметров для всех типов кофе. Предыдущие решения в отношении кодирования, основанные на хранении инструкций, относящихся к типу картриджа, а не на индивидуальных параметрах, неприемлемы для таких тонких различий рабочих циклов, касающихся подобных типов напитков, поскольку они быстро занимают доступное пространство для хранения в кодирующей среде и управляющем процессоре. Во-вторых, способ кодирования согласно настоящему изобретению обеспечивает возможность использования новых типов картриджей для напитков в прежних машинах для приготовления напитков, даже если рабочие параметры рабочего цикла для нового картриджа 1 выбраны только после продажи машины 201 для приготовления напитков. Это объясняется тем, что управляющий процессор машины 201 для приготовления напитков не должен распознавать, что напиток представляет собой напиток нового типа. Рабочие параметры рабочего цикла задают без непосредственной ссылки на тип напитка. Следовательно, способ кодирования согласно настоящему изобретению обеспечивает превосходную обратную совместимость машин для приготовления напитков с новыми типами напитков. Напротив, в случае известных машин изготовитель ограничен в отношении розлива напитка нового типа при использовании одного из ранее существовавших циклов розлива, которые определены машинами, имеющимися в торговой сети.

На фиг. 39-42 показана головка 250 для картриджа. Держатель 251 головки 250 содержит фиксированную нижнюю часть 255, поворотную верхнюю часть 256 и шарнирную опору 257 картриджа, расположенную между фиксированной нижней частью 255 и поворотной верхней частью 256. Верхняя часть 256, нижняя часть 255 и опора 257 картриджа поворачиваются вокруг общей шарнирной оси 258. На фиг. 39-42 показан держатель 251 картриджа, при этом для ясности фигур некоторые компоненты машины 201 на них не показаны.

Поворотная верхняя часть 256 и шарнирная опора 257 картриджа перемещаются относительно фиксированной нижней части 255 посредством зажимного механизма 280. Зажимной механизм 280 содержит зажимной рычаг, имеющий первый и второй элементы или части 281 и 282. Первая часть 281 зажимного рычага содержит U-образное плечо, которое шарнирно прикреплено к верхней части 256 в двух первых шарнирных точках 283, по одной с каждой стороны держателя 251 картриджа.

Вторая часть зажимного рычага содержит два отстоящих от центра рычага 282, по одному с каждой стороны держателя 251 картриджа, каждый из которых шарнирно прикреплен к верхней части 256 у второй шарнирной точки 285, расположенной на шарнирной оси 258, соединяющей верхнюю часть 256 с фиксированной нижней частью 255. Каждое отстоящее от центра плечо 282 представляет собой возвратно-поступательный элемент, содержащий цилиндр 282а, шток 282b и упругую втулку 282с. Цилиндр 282а имеет внутреннюю расточку и с возможностью поворота прикреплен одним концом к шарнирной оси 258. Первый конец штока 282b со скольжением заходит в расточку цилиндра 282а. Противоположный конец штока 282b с возможностью поворота прикреплен к U-образному плечу 281 в третьей шарнирной точке 286. Третьи шарнирные точки 286 не подсоединены к верхней части 256 и к нижней части 255 и имеют возможность свободного движения относительно них. Упругая втулка 282с прикреплена снаружи на штоке 282b и при использовании проходит между опорными поверхностями на цилиндре 282а и штоке 282b. Упругая втулка 282с приспосабливается к укорачиванию отстоящего от центра плеча 282, но смещает плечо 282 для получения расширенной конфигурации. Таким образом, перемещение третьих шарнирных точек 286 к шарнирной оси 258 и от нее возможно посредством относительного движения штоков 282b в цилиндрах 282а. Упругие втулки 282с предпочтительно формируют из силикона.

U-образное плечо 281 проходит вокруг передней части держателя 251 картриджа и содержит два отходящих вниз крюковых элемента 287, по одному с каждой стороны держателя 251 картриджа, при этом каждый из них содержит кулачковую поверхность 288, обращенную к шарнирной оси 258. Фиксированная нижняя часть 255 держателя 251 картриджа обеспечена двумя выступами 259 или зубцами, расположенными по одному с каждой стороны нижней части 255 у ее переднего края 260 или вблизи от этого края, в общем, совпадающими с крюковыми элементами 287.

Как показано на фиг. 39, U-образное плечо 281 может быть сформировано в виде одной формуемой пластиковой детали, содержащей эргономический захват для руки и крюковые элементы 287, выполненные заодно с плечом.

Опора 257 картриджа с возможностью поворота установлена между верхней и нижней частями 255, 256 держателя 251 картриджа. Опора 257 выполнена с фактически круглым углублением 290, в которое при использовании заходит картридж 1 для напитка. Углубление 290 включает в себя неровность 291 для расположения рукояточной части 24 картриджа 1, которая также действует с целью предотвращения поворота картриджа 1 в держателе 251. Опора 257 картриджа подпружинена относительно фиксированной нижней части 255, так что в открытом положении, которое показано на фигуре 41, опора 257 картриджа выведена из состояния контакта с фиксированной нижней частью 255, при этом опора 257 картриджа будет выведена из состояния контакта с прошивными элементами 254, 253, предназначенными для создания входного и выходного отверстий. Опора 257 картриджа выполнена с отверстием 292 для захождения через него прошивных элементов 253, 254 и головки 300 средства 252 распознавания картриджа, когда опора 257 картриджа перемещена в закрытое положение.

Верхняя часть 255 содержит, в общем, круглое тело 310, вмещающее в себя окно 312 для наблюдения, через которое потребитель может видеть картридж 1 для напитка в течение рабочего цикла, а также может убедиться в том, что картридж 1 загружен в машину 201. Окно 312 для наблюдения выполнено чашеобразным и имеет направленный вниз обод 311, который входит в зацепление с фланцем 35 картриджа 1 и зажимает этот фланец у нижней части 256, когда держатель 251 картриджа закрыт. В то же время окно 312 входит в соприкосновение с закрытой верхней частью 11 картриджа 1. Волновая пружина (не показана) расположена между окном 312 для наблюдений и круглым телом 310, чтобы обеспечивать незначительную степень перемещения окна 312 в осевом направлении относительно круглого тела 310. Давление, оказываемое ободом 311 на фланец 35 и окном 312 на закрытую верхнюю часть 11, обеспечивает получение непроницаемого текучей средой уплотнения между картриджем 1 и держателем 251 картриджа.

Нижняя часть 255 содержит прошивные элементы 253, 254 для создания впускного отверстия и выпускного отверстия и головку 300 средства 252 распознавания картриджа. Прошивной элемент 253 для создания впускного отверстия содержит полую игольчатую трубку 260, имеющую заостренный конец 261 для перфорирования при ее использовании слоистой структуры 5 картриджа 1 для напитка. Прошивной элемент 253 сообщается с трубкой 262 для воды, как показано на фигуре 42, которая проходит через нижнюю часть 255 и подсоединена к выпускному патрубку 263 нагревателя 225 воды. Прошивной элемент 254 для создания выпускного отверстия по своему типу подобен прошивному элементу для создания выпускного отверстия, описанному в принадлежащих заявителю европейских патентах ЕР 0389141 и ЕР 0334572, и содержит цилиндр 264 с открытым концом и с круглым или D-образным поперечным сечением, размеры которого больше, чем у выпускного патрубка 43. Дугообразная часть 265 верхнего конца прошивного элемента 254 для создания выпускного отверстия, выполнена зубчатой для прошивания и в конечном счете разрезания слоистой структуры картриджа 1 для напитка. Остальную часть верхнего конца обрезают в продольном направлении цилиндра, по меньшей мере, к основанию зубцов 266 зубчатой части, чтобы отогнуть или оттянуть отрезанную слоистую структуру 5 от выпускного отверстия, перед тем как через него будет осуществлен розлив напитка. Прошивной элемент 254 для создания выпускного отверстия прошивает слоистую структуру 5 снаружи от выпускного патрубка 43, и когда опора 257 картриджа находится в закрытом положении, покоится в кольце между выпускным патрубком 43 и наружной стенкой 42 выпускной воронки 40. Прошивной элемент 254 отгибает разрезанную слоистую структуру 5 в виде кольца. Посредством этого как прошивной элемент 254, так и разрезанная слоистая структура 5 будут удерживаться вне пути прохождения разливаемого напитка.

Прошивной элемент 254 для создания выпускного отверстия окружен выступом 254а, который приподнят относительно окружающих его частей на 0,5 мм.

Предпочтительно, чтобы прошивной элемент 254 можно было удалить из нижней части 255 для возможности его тщательной очистки, например, в посудомоечной машине. Съемный прошивной элемент 254 заходит в углубление 267 в нижней части 255, где он садится на место. Прошивной элемент 253 для создания впускного отверстия и/или прошивной элемент 254 для создания выпускного отверстия могут быть изготовлены из металла, например из нержавеющей стали, либо из пластиков. Предпочтительно, чтобы использование пластиковых режущих элементов было возможно вследствие использования слоистой структуры 5, которая может быть прошита или разрезана неметаллическим материалом. Следовательно, прошивные элементы 253, 254 могут быть изготовлены менее острыми, что снижает опасность получения травмы потребителем. Кроме того, пластиковые прошивные элементы не склонны к коррозии. Предпочтительно, чтобы прошивной элемент 253 для создания впускного отверстия и прошивной элемент 254 для создания выпускного отверстия были образованы в виде одного узла, выполненного как единое целое, который можно отделить от нижней части 255.

При использовании верхняя часть 256 держателя 251 картриджа может перемещаться из открытого положения, в котором она ориентирована по вертикали или к вертикали, как показано на фигуре 36, в закрытое положение, в котором она ориентирована фактически по горизонтали и находится во взаимном зацеплении с фиксированной нижней частью 255 и с опорой 257 картриджа. Верхняя часть 256 перемещается из открытого положения в закрытое положение посредством приведения в действие зажимного рычага. Для закрытия верхней части 256 пользователь захватывает зажимной рычаг посредством U-образного плеча 281 и тянет его вниз. Поэтому верхняя часть 256 поворачивается, что вначале приводит обод 311 окна 312 для наблюдения в соприкосновение с фланцем 35 картриджа 1 в опоре 257, и само окно 312 в соприкосновение с закрытой верхней частью 11 картриджа 1. Продолжающееся вращение верхней части 256 приводит к повороту этой части 256 и опоры 257 картриджа вниз в соприкосновение с нижней частью 255. Дальнейшее вращение U-образного плеча 281 вызывает поворот этого плеча 281 относительно верхней части 256 и нижней части 255, приводя к зацеплению крюковых элементов 287 верхней части 256 с выступами 259 нижней части 255, при этом кулачковая поверхность 288 движется поверх выступов 259. В течение этой последней стадии вращения картридж 1 сжимается между опорой 257 и окном 312 для наблюдения. В результате окно 312 перемещается в осевом направлении относительно круглого тела 310 верхней части 256 противоположно смещению волновой пружины. Это перемещение обеспечивает приспосабливание к допускам на размеры картриджа 1 и машины для приготовления напитков и гарантирует, что величина силы сжатия, прилагаемой к картриджу, сохраняется в приемлемом диапазоне. Сила сжатия, развиваемая механизмом и сдерживаемая посредством действия волновой пружины, обеспечивает силу сжатия картриджа, составляющую от 130 до 280Н. Предпочтительно, чтобы сила составляла приблизительно 200 Н. Сила, составляющая менее примерно 130 Н, не обеспечит требуемое уплотнение, в то время как сила бульшая, примерно 280 Н, приведет к пластичному разрушению компонентов картриджа 1. В течение закрытия головки картриджа происходит натяжение слоистой структуры 5 картриджа 1, когда она приходит в соприкосновение с выступом 254а, окружающим прошивной элемент 254 для образования выпускного отверстия, что вызывает выгибание слоистой структуры 5 из плоскости, когда дальний конец наружной трубки 42 цилиндрической воронки перемещается вверх на 0,5 мм относительно фланца 35. Такое перемещение также гарантирует, что наибольшая часть силы сжатия, прилагаемой к картриджу, действует через центральную зону картриджа 1 по несущему нагрузку внутреннему элементу 3. Таким образом, в закрытом положении картридж 1 зажат вокруг фланца 35 посредством обода 311 окна 312 для наблюдения и жестко зажат между закрытой верхней частью 11 картриджа и наружной трубкой 42 внутреннего элемента 3 посредством соприкосновения с окном 312 для наблюдения и с выступом 254а. Эти силы зажатия способствуют предотвращению разрушения картриджа 1 в течение создания давления, а также гарантируют, что внутренний элемент 3 и наружный элемент 2 будут полностью посажены по отношению друг к другу, причем таким образом, что все внутренние проходные пути и отверстия сохранят предполагаемые размеры даже в течение создания внутреннего давления.

Можно прочертить воображаемую исходную линию между первой и второй шарнирными точками 283, 285 держателя 251 картриджа. Как можно видеть на фигуре 41, в открытом положении третьи шарнирные точки 286 расположены со стороны исходной линии, ближайшей к фиксированной нижней части 255. Когда верхняя часть 256 достигает закрытого положения, третьи шарнирные точки 286 зажимного рычага проходят через исходную линию, соединяющую первую и вторую шарнирные точки 283, 285, к противоположной стороне линии с наибольшим удалением от фиксированной нижней части 255. Следовательно, U-образное плечо 281 «переключается» из первого устойчивого положения во второе устойчивое положение. Переключающее действие будет обеспечено посредством укорачивания отстоящих от центра рычагов 282 и последующего сжатия упругих втулок 282с. Как только третьи шарнирные точки 286 проходят воображаемую исходную линию, восстановление упругих втулок 282с действует таким образом, чтобы продолжить движение третьих шарнирных точек 286 в сторону от воображаемой исходной линии. Таким образом, зажимной рычаг имеет два устойчивых рабочих состояния, то есть рычаг устойчив в открытом или закрытом положениях, но неустойчив в тот момент, когда третьи шарнирные точки 286 лежат на воображаемой исходной линии, соединяя первую и вторую шарнирные точки 283, 285. Следовательно, переключающее действие зажимного рычага создает принудительный закрывающий механизм, который приводит к определенному закрывающему действию, при этом на конечных стадиях поворота зажимного рычага переключающее действие U-образного плеча 281 и вторых плеч 284 вынуждает крюковые элементы 287 входить в жесткое зацепление с выступами 259. Кроме того, упругие втулки 282с создают сопротивление повторному открыванию верхней части 256, поскольку требуется минимальная сила для достаточного сжатия втулок 282с, чтобы переместить третьи шарнирные точки 286 назад к линии, когда исходная линия соединяет первую и вторую шарнирные точки 283, 285. Предпочтительно, чтобы взаимное зацепление крюковых элементов 287 и выступов 259 препятствовало отделению верхней и нижней частей, кроме как выполнением поворота зажимного рычага. Это полезно в отношении предотвращения открывания головки 250 картриджа в течение выполнения операции, когда головку 250 картриджа подвергают воздействию создаваемого внутреннего давления.

Назначение средства 252 распознавания картриджа состоит в том, чтобы обеспечить возможность распознавания машиной 201 типа вставляемого картриджа 1 для напитка и соответствующего регулирования одного или более рабочих параметров. В случае типичного варианта осуществления конструкции средство 252 распознавания картриджа содержит оптическое устройство для считывания штрих-кода, которое считывает отпечатанный штрих-код 320, обеспеченный на слоистой структуре 5 картриджа 1, как показано на фигуре 45. Штрих-код 320 формируют из большого количества штрихов контрастной расцветки. Предпочтительно, чтобы для создания максимального контраста штрихи были черными на белом фоне. Штрих-код 320 необязательно должен соответствовать опубликованному стандарту, однако могут быть использованы стандартные форматы для нанесения штрих-кода, такие как EAN-13, UPC-A или Interleaved 2 of 5. Оптическое устройство для считывания штрих-кода содержит один или более светодиоды 321 для высвечивания штрих-кода 320, фокусирующую линзу 322 для обнаружения изображения штрих-кода, прибор 323 с зарядовой связью для создания электрического сигнала, характеризующего обнаруженное изображение, а также вспомогательные схемы для светодиодов и прибора с зарядовой связью. Находящееся в нижней части пространство для размещения устройства для считывания штрих-кода ограничено. Может быть использовано зеркало или зеркала 324 для отражения света от светодиодов 321 к фокусирующей линзе, которая не расположена в нижней части 255. Схематические компоновки показаны на фигурах 44а и 44b. Нижняя часть 255 содержит отверстие 326, которое имеет такой же размер, что и штрих-код 320 на картридже 1 для напитка. При использовании создаваемые электрические сигналы будут расшифрованы программным обеспечением для обработки сигналов и результаты будут поданы к управляющему процессору. Программное обеспечение может определить, не произошли ли ошибки при считывании штрих-кода. Штрих-код 320 может быть несколько раз повторно сканирован, перед тем как потребителю будет представлено сообщение о произошедшей ошибке. Если машина 201 не может считать штрих-код, то потребитель может использовать картридж 1 для розлива напитка, применив ручной режим работы.

Головка 250 для картриджа также включает в себя датчик картриджа для обнаружения того, находится ли картридж в держателе 251.

Головка 250 для картриджа также включает в себя датчик стопорения, который позволяет выяснить, закрыт ли держатель 251 картриджа надлежащим образом. Предпочтительно, чтобы датчик стопорения содержал микропереключатель, который включают, когда держатель 251 картриджа замкнут и застопорен. Предпочтительно, чтобы датчик картриджа и датчик стопорения были последовательно соединены таким образом, чтобы выходные сигналы обоих датчиков были удовлетворительны, то есть имелся бы картридж и механизм был бы застопорен, перед тем как мог быть начат рабочий цикл.

Работа машины 201 содержит вставку картриджа 1 для напитка в головку 250 для картриджа, выполнение рабочего цикла, при котором осуществляют розлив напитка, и удаление картриджа 1 из машины.

Характер работы машины 201 определяет программное обеспечение, введенное в управляющий процессор. Работа машины может быть описана выражениями, касающимися «состояний», при этом машина 201 будет нормально существовать в конкретном состоянии, пока не произойдет событие для изменения состояния, называемого стадией перехода состояния.

Таблица 4 представляет собой таблицу перехода состояний, которая иллюстрирует состояния и переходы состояний применительно к одному варианту осуществления машины 201 для приготовления напитков.

Приведенный далее пример иллюстрирует рабочий цикл, чтобы показать использование переходов состояния посредством управляющего процессора.

Предположим, что машина 201 вначале выключена и картридж 1 в головку 250 не вставлен. Когда машину 201 включают, управляющий процессор находится в состоянии 1. Включают водяной нагреватель 225. Как только температура достигает 85° С, управляющий процессор переходит в состояние 2. Если в какое-то время в течение состояния 1 или 2 держатель 251 картриджа закрыт, будет включен датчик стопорения, чтобы подать к управляющему процессору сигнал, указывающий, что держатель 251 картриджа закрыт соответствующим образом. Затем управляющий процессор осуществляет запрос датчика картриджа путем направления «считываемой» инструкции. Датчик картриджа возвращает к управляющему процессору сигнал, указывающий, находится ли картридж в надлежащем месте в держателе 251. Если картридж отсутствует, управляющий процессор переходит к состоянию 3, в котором он остается в состоянии готовности до тех пор, пока держатель 251 картриджа вновь не будет открыт, и в этот момент управляющий процессор переходит обратно в состояние 2. Если в состоянии 2 картридж присутствует, то управляющий процессор переходит в состояние 4, и работа начинается автоматически. В течение состояний 4-9 температуру воды контролируют согласно исходным данным так, чтобы она оставалась в пределах требуемой области допустимых значений желаемой температуры, которая задана рабочими параметрами, задаваемыми посредством штрих-кода на картридже 1 для приготовления напитка. Как только завершена стадия выпуска при розливе, начинается воздушная очистка в состоянии 8. Как только воздушная очистка завершена, рабочий цикл будет завершен, и машина входит в резервный режим в состоянии 10. Если в течение работы происходит ошибка, то процессор переходит в состояние 11. Если обнаружен низкий уровень воды, то процессор переходит в состояние 12.

Для того чтобы вставить картридж 1, открывают держатель 251 картриджа так, как описано выше, чтобы обеспечить доступ к опоре 257 картриджа. После этого картридж 1 устанавливают на опору 257 с захождением внутрь углубления 290, так что рукояточная часть 24 картриджа будет расположена в неровности 291. Оптический или магнитный штрих-код 320 картриджа 1 находится непосредственно над отверстием 326 в опоре 257 картриджа. После этого держатель 251 картриджа закрывают посредством приведения в действие зажимного рычага так, как описано выше. В течение закрытия прошивные элементы 253, 254 прошивают слоистую структуру 5 картриджа 1 для формирования впускного отверстия 121 и выпускного отверстия 122. Как было описано выше, слоистую структуру 5, разрезанную прошивным элементом 254 для создания выпускного отверстия, отгибают в виде кольца, окружающего выпускной патрубок 43. При закрытии держатель 251 картриджа зажимает картридж 1 вокруг обода 35 между опорой 257 и верхней частью 256, и между окном 311 и верхней частью 11 картриджа 1, чтобы сформировать непроницаемое текучей средой уплотнение, достаточно монолитное для стойкости к воздействию давления, развиваемого в течение рабочего цикла.

Чтобы начать выполнение рабочего цикла, потребитель приводит в действие кнопку 241 пуска/остановки.

Рабочий цикл содержит стадии распознавания картриджа и цикл розлива.

Распознавание картриджа выполняют посредством оптического средства 252 распознавания картриджа, как описано выше, при допущении, что выходные сигналы от датчика картриджа и датчика стопорения удовлетворительны. Как только расшифрован штрих-код 320, рабочие параметры машины 201 будут отрегулированы посредством управляющего процессора. После этого будет автоматически начато выполнение цикла розлива.

Цикл розлива содержит четыре основных стадии, не все из которых используют для всех типов напитков:

(i) предварительное увлажнение;

(ii) пауза;

(iii) варка/перемешивание;

(iv) очистка.

На стадии предварительного увлажнения картридж 1 заполняют водой из емкости 220 для хранения воды посредством водяного насоса 230. Заполнение водой вызывает увлажнение ингредиентов 200 напитка, находящихся в фильтрационной камере 130. Заполнение может происходить с «быстрым» расходом, составляющим порядка 600 мл/мин, или с «медленным» расходом, составляющим порядка 325 мл/мин. Медленная скорость заполнения особенно практична в случае картриджей, содержащих ингредиенты напитков в виде вязких жидкостей, когда ингредиенты требуют некоторого разбавления, перед тем как их можно будет нагнетать с повышенным расходом. Объем воды, нагнетаемый в картридж 1, выбирают таким образом, чтобы гарантированно не происходило просачивание из выпускного отверстия 122 картриджа воды или напитка в течение этой стадии.

На стадии создания паузы будет обеспечено вымачивание ингредиентов 200 напитка в воде, нагнетаемой в течение стадии предварительного увлажнения, в течение заданного периода времени. Известно выполнение стадий увлажнения и вымачивания для повышения выхода веществ, выделяемых из ингредиентов 200 напитка, и для улучшения конечного вкуса напитка. Предварительное увлажнение и вымачивание особенно практичны в том случае, когда ингредиенты напитка представляют собой обжаренный и молотый кофе.

На стадии варки/перемешивания через картридж 1 пропускают воду, чтобы создать напиток из ингредиентов 200. Температуру воды определяет управляющий процессор, который посылает инструкции к нагревателю 225 для нагревания воды, проходящей из бака 220 для воды к головке 250 картриджа. Вода входит в нижнюю часть 255 держателя 251 картриджа через патрубок 262, через впускной клапан и прошивной элемент 253 для создания впускного отверстия во впускную камеру 126 картриджа 1 для напитка. Варка и/или перемешивание и последующий розлив напитка из картриджа 1 происходят так, как описано выше применительно к вариантам выполнения картриджа 1 для напитка.

Воздушная очистка содержит продувку воздухом под давлением через машину для приготовления напитков и картридж 1 для гарантии того, что будет обеспечен розлив всего напитка и что путь прохождения потока будет очищен и готов для розлива другого напитка. Воздушную очистку начинают не сразу после прекращения стадии варки/перемешивания, чтобы обеспечить освобождение пути прохождения потока от большей части текучей среды. Это позволяет предотвратить неприемлемые пики внутреннего давления в начале выполнения воздушной очистки.

При нормальном выполнении работы пользователь вручную останавливает машину 201 посредством приведения в действие кнопки 241 пуска/остановки.

Когда рабочий цикл завершен, потребитель удаляет картридж 1, открывая держатель 251 картриджа и вручную извлекая и выбрасывая картридж в отходы. Как вариант, машина 201 может быть обеспечена автоматическим выталкивающим механизмом для автоматического удаления картриджа при открывании держателя 251.

Время подачи напитка при использовании машины 201 и картриджа 1 обычно составляет от 10 до 120 секунд, но предпочтительно от 30 до 40 секунд для обжаренного и молотого кофе, от 5 до 120 секунд, но предпочтительно от 10 до 20 секунд для шоколада и от 5 до 120 секунд, но предпочтительно от 10 до 20 секунд для молока.

Машина 201 предпочтительно также может содержать память, находящуюся в функциональной связи с управляющим процессором, которая хранит информацию о типе напитка, разливаемого пользователем. Затем рабочий цикл машины 201 может быть отрегулирован для последующего картриджа 1. Это особенно предпочтительно в том случае, когда последовательно используют два или большее количество картриджей 1 для образования напитка. Например, после розлива с использованием картриджа для кофе может быть использован картридж для молока, чтобы получить напиток типа кофе со взбитыми сливками. Как вариант, может быть использован картридж для шоколада с последующим использованием картриджа для молока, чтобы получить горячий кремовый шоколадный напиток. Посредством использования памяти, которая хранит информацию о первом разливаемом напитке, способ розлива при использовании второго картриджа, скажем, картриджа с молоком, может быть изменен для получения оптимального напитка. В приведенном выше примере молоко, которое разливают для получения горячего шоколада, обычно может быть разбавлено в меньшей степени, чем молоко, добавляемое к кофе. Кроме того, молоко, которое подают в случае шоколада, может быть подано с меньшим расходом, чтобы уменьшить степень вспенивания напитка. Для квалифицированных специалистов будет очевидно, что возможны многие сочетания картриджей и рабочих параметров. Кроме того, память может быть использована для обеспечения машиной 201 «предсказуемого» типа напитка, который пользователь хотел бы подать в следующий раз. Например, если пользователь преимущественно пьет напиток одного типа, то машина может подать команду к нагревателю воды для сохранения оптимальной температуры для данного типа напитка.

Реферат

Система низкого давления для приготовления напитков, предназначенная для автоматического приготовления различных напитков из различных картриджей для напитков, содержащая: машину для приготовления напитков; картриджи для приготовления напитков. Каждый картридж содержит один или более ингредиентов, связанных с определенным типом напитка. Система для приготовления напитков имеет считывающее устройство для автоматической интерпретации кода, записанного на картридже для напитка, и средство обработки для выполнения определенного цикла варки на основе кода. Техническим результатом является надежность и простота эксплуатирования системы. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 46 ил., 4 табл.

Формула