картридж и способ приготовления напитков

Формула изобретения

1. Картридж, вмещающий один или несколько ингредиентов (200) напитка и выполненный из по существу воздухо- и водонепроницаемых материалов, причем указанный картридж содержит камеру (130; 134) для хранения, вмещающую один или несколько ингредиентов напитка, у которой отношение высоты камеры для хранения по вертикали к ширине камеры для хранения составляет от 0,10 до 0,43.

2. Картридж по п.1, в котором отношение высоты камеры для хранения по вертикали к ширине камеры для хранения составляет от 0,21 до 0,28.

3. Картридж по п.2, в котором отношение высоты к ширине составляет приблизительно 0,25.

4. Картридж по любому из пп.1-3, который является дискообразным.

5. Картридж по любому из пп.1-3, который является недискообразным и при этом отношение высоты к ширине измеряется как отношение максимальной высоты к максимальной протяженности.

6. Картридж по п.5, в котором камера (130; 134) для хранения содержит одно или несколько впускных отверстий (17; 36), направленных в камеру для хранения по радиусу.

7. Картридж по п.6, в котором одно или несколько впускных отверстий (17; 36) расположены на периферии или вблизи его периферии для направления потока водной среды по радиусу внутрь в камеру для хранения.

8. Картридж по п.7, дополнительно содержащий фильтр (4), расположенный между камерой (130; 134) для хранения и, по меньшей мере, частью нижней поверхности верхней части (11) картриджа, при этом один или несколько каналов (57) образованы между фильтром (4) и верхней частью картриджа, и указанные один или несколько каналов (57) сообщаются с выпускным отверстием (44) картриджа, в результате чего канал для протекания напитка, соединяющий одно или несколько впускных отверстий (17; 36) с выпускным отверстием (44), проходит вверх через фильтр (4) в один или несколько каналов (57).

9. Картридж по п.8, в котором ингредиентом (200) напитка является обжаренный и молотый кофе.

10. Способ разлива напитка из картриджа, вмещающего один или несколько ингредиентов напитка в камере для хранения, при котором пропускают водную среду через картридж для образования напитка из указанных одного или нескольких ингредиентов напитка и разливают напиток в сосуд, при этом используют картридж, у которого отношение высоты камеры для хранения по вертикали к диаметру камеры для хранения составляет от 0,10 до 0,43, и водную среду пропускают через картридж под давлением от 0,1 до 2,0 бар.

11. Способ по п.10, при котором отношение высоты камеры для хранения по вертикали к ширине камеры для хранения составляет от 0,21 до 0,28.

12. Дискообразный картридж для использования с водной средой под давлением от 2,0 до 4,0 бар, вмещающий один или несколько ингредиентов напитка и выполненный из по существу воздухо- и водонепроницаемых материалов, причем указанный картридж содержит камеру для хранения, вмещающую один или несколько ингредиентов напитка, при этом отношение высоты камеры для хранения по вертикали к ширине камеры для хранения составляет от 0,42 до 0,68.

13. Способ разлива напитка из дискообразного картриджа, вмещающего один или несколько ингредиентов напитка в камере для хранения, при котором пропускают водную среду через картридж для образования напитка из указанных одного или нескольких ингредиентов напитка и разливают напиток в сосуд, при этом используют картридж, у которого отношение высоты камеры для хранения по вертикали к ширине камеры для хранения составляет от 0,42 до 0,68, и водную среду пропускают через картридж под давлением от 2,0 до 4,0 бар.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к системе с картриджем, предназначенной для приготовления напитков, и, в частности, к герметизированным картриджам, которые выполнены из по существу воздухо- и водонепроницаемых материалов и которые содержат один или несколько ингредиентов для приготовления напитков. Кроме того, раскрыт способ изготовления системы с картриджем.

Ранее было предложено герметично упаковывать ингредиенты для приготовления напитков в отдельные воздухонепроницаемые упаковки. Например, известны картриджи или капсулы, содержащие прессованный молотый кофе и предназначенные для использования в некоторых машинах для приготовления кофе, которые, как правило, называют машинами "эспрессо". При приготовлении кофе с использованием данных машин для приготовления картридж с кофе помещают в камеру для варки, и горячую воду пропускают через картридж под сравнительно высокими давлениями, тем самым обеспечивая экстрагирование ароматических составляющих кофе из молотого кофе для получения кофейного напитка. Как правило, такие машины работают при давлении, превышающем 6·10 ⁵ Па. Машины для приготовления описанного типа до настоящего времени были довольно дорогими, поскольку компоненты машины, такие как водяные насосы и уплотнения, должны обладать способностью выдерживать высокие давления.

В публикации WO01/58786 международной заявки описан картридж для приготовления напитков, который работает при давлении, как правило, находящемся в диапазоне от 0,7 до 2,0·10⁵ Па. Однако картридж предназначен для использования в машине для приготовления напитков, предназначенной для рынка производителей или рынка товаров промышленного назначения, является сравнительно дорогим и не способен выдавать много типов напитков. Следовательно, сохраняется потребность в системе для приготовления напитков, при которой картриджи и машина для приготовления напитков из данной системы пригодны, в частности, для рынка потребительских товаров с точки зрения стоимости, эксплуатационных характеристик и надежности. Также существует потребность в машине для приготовления напитков, предназначенной для подобной системы, которая является простой в управлении и надежной в эксплуатации и может обеспечить получение разнообразных типов напитков при сравнительно низких давлениях.

Соответственно, согласно настоящему изобретению разработан картридж, вмещающий один или несколько ингредиентов напитка и выполненный из по существу воздухо- и водонепроницаемых материалов, причем указанный картридж содержит камеру для хранения, содержащую в себе указанные один или несколько ингредиентов напитка, отличающийся тем, что соотношение высоты камеры для хранения по вертикали к ширине камеры для хранения составляет от 0,10 до 0,43.

Было установлено, что использование картриджей с такими отношениями высоты к ширине создает возможность эффективной варки при низких давлениях. В частности, было установлено, что данные отношения высоты к ширине предотвращают нарастание нежелательных высоких противодавлений, которые могут привести к неравномерному или недостаточному потоку воды через картридж, что приводит к неравномерному или уменьшенному экстрагированию, разбавлению или растворению ингредиентов напитка. Предотвращение высоких противодавлений создает возможность использования картриджей с системами низкого давления, которые являются менее дорогими по сравнению с системами высокого давления и, следовательно, более пригодными для рынка потребительских товаров.

Кроме того, использование данных соотношений геометрических размеров обеспечивает особо предпочтительный эффект в том случае, когда картриджи ориентированы горизонтально при применении. Тщательный выбор ширины и высоты камеры для хранения приводит к улучшенному потоку в камере для хранения, имеющему как направленные внутрь, так и направленные вверх элементы [составляющие] потока, что повышает стабильность процесса.

Предпочтительно отношение высоты камеры для хранения по вертикали к ширине камеры для хранения составляет от 0,21 до 0,28. Более предпочтительно, если соотношение высоты к ширине составляет приблизительно 0,25.

Предпочтительно картридж является дискообразным. Как вариант, картридж является недискообразным, и при этом отношение высоты к ширине измеряют как отношение максимальной высоты к максимальной протяженности.

Картридж может содержать одно или несколько впускных отверстий, направленных по радиусу в камеру для хранения.

Одно или несколько впускных отверстий могут быть расположены на периферии или вблизи периферии картриджа для направления потока водной среды по радиусу внутрь в камеру для хранения.

Картридж может содержать фильтр, расположенный между камерой для хранения и, по меньшей мере, частью нижней поверхности верхней части картриджа, при этом один или несколько каналов образованы между фильтром и верхней частью картриджа, причем указанные один или несколько каналов сообщаются с выпускным отверстием картриджа, в результате чего канал для протекания напитка, соединяющий указанное одно или несколько впускных отверстий с выпускным отверстием, проходит вверх через фильтр в указанные один или несколько каналов.

Ингредиент напитка может быть обжаренным и молотым кофе. Использование заявленных отношений высоты к ширине особенно предпочтительно при таких ингредиентах, как обжаренный и молотый кофе, который подвергается экстрагированию. Надлежащее давление и структуры потоков в камере во время экстрагирования имеют очень важное значения для качества и консистенции сваренного напитка.

В соответствии с настоящим изобретением также разработан способ разлива напитка из картриджа, содержащего один или несколько ингредиентов напитка в камере для хранения, при котором пропускают водную среду через картридж для образования напитка из указанных одного или нескольких ингредиентов напитка и разливают напиток в сосуд, отличающийся тем, что картридж имеет отношение высоты камеры для хранения по вертикали к диаметру камеры для хранения, составляющее от 0,10 до 0,43, и водную среду пропускают через картридж под давлением от 0,1 до 2,0 бар (от 10 до 200 кПа).

Предпочтительно отношение высоты камеры для хранения по вертикали к ширине камеры для хранения составляет от 0,21 до 0,28.

В соответствии с настоящим изобретением дополнительно разработан картридж, предназначенный для использования с водной средой под давлением от 2,0 до 4,0 бар, вмещающий один или несколько ингредиентов напитка и выполненный из по существу воздухо- и водонепроницаемых материалов, причем указанный картридж содержит камеру для хранения, вмещающую указанные один или несколько ингредиентов напитка, отличающийся тем, что отношение высоты камеры для хранения по вертикали к ширине камеры для хранения составляет от 0,42 до 0,68.

В соответствии с настоящим изобретением также разработан способ разлива напитка из картриджа, вмещающего один или несколько ингредиентов напитка в камере для хранения, при котором пропускают водную среду через картридж для образования напитка из указанных одного или нескольких ингредиентов напитка и разливают напиток в сосуд, отличающийся тем, что картридж имеет отношение высоты камеры для хранения по вертикали к ширине камеры для хранения, составляющее от 0,42 до 0,68, и водную среду пропускают через картридж под давлением от 2,0 до 4,0 бар.

Картридж согласно настоящему изобретению вмещает один или несколько ингредиентов напитка, используемых для образования продукта в виде напитка. Продукт в виде напитка может представлять собой, например, один из кофе, чая, шоколада или напитка на основе молока, включая молоко. Ингредиенты напитка могут быть порошкообразными, молотыми, на основе листьев или жидкими. Ингредиенты напитка могут быть нерастворимыми или растворимыми. К примерам относятся обжаренный и молотый кофе, листовой чай, порошкообразные твердые частицы какао и суп, жидкие напитки на основе молока и концентрированные фруктовые соки.

В нижеприведенном описании термины "верхний" и "нижний" и эквиваленты будут использованы для описания относительного расположения признаков изобретения. Термины "верхний" и "нижний" и эквиваленты следует понимать как относящиеся к картриджу (или другим компонентам) в его нормальном ориентированном положении, предназначенном для вставки в машину для приготовления напитка и последующего извлечения, как показано, например, на фиг.4. В частности, термины "верхний" и "нижний" относятся соответственно к относительным положениям, находящимся ближе или дальше от верхней поверхности 11 картриджа. Кроме того, термины "внутренний" и "наружный" и эквиваленты будут использованы для описания относительного расположения признаков изобретения. Термины "внутренний" и "наружный" и эквиваленты следует понимать как относящиеся к относительным положениям в картридже (или других компонентах), находящимся соответственно ближе или дальше от центра или главной оси Х картриджа 1 (или другого компонента).

Варианты осуществления настоящего изобретения далее будут описаны только в качестве примера со ссылкой на сопровождающие чертежи, в которых:

фиг.1 - сечение наружного элемента первого и второго вариантов осуществления картриджа согласно настоящему изобретению;

фиг.2 - сечение детали наружного элемента по фиг.1, показывающее направленную внутрь цилиндрическую выступающую часть;

фиг.3 - сечение детали наружного элемента по фиг.1, показывающее паз;

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

фиг.5 - вид в перспективе сверху наружного элемента по фиг.1 в перевернутом ориентированном положении;

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

фиг.7 - сечение внутреннего элемента первого варианта осуществления картриджа;

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

фиг.9 - вид в перспективе сверху внутреннего элемента по фиг.7 в перевернутом ориентированном положении;

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

фиг.11 - сечение первого варианта осуществления картриджа в собранном состоянии;

фиг.12 - сечение внутреннего элемента второго варианта осуществления картриджа;

фиг.13 - сечение детали внутреннего элемента по фиг.12, показывающее отверстие;

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

фиг.15 - вид в перспективе сверху внутреннего элемента по фиг.12 в перевернутом ориентированном положении;

фиг.16 - другое сечение внутреннего элемента по фиг.12;

фиг.17 - сечение другой детали внутреннего элемента по фиг.12, показывающее отверстие для впуска воздуха;

фиг.18 - сечение второго варианта осуществления картриджа в собранном состоянии;

фиг.19 - сечение наружного элемента третьего и четвертого вариантов осуществления картриджа согласно настоящему изобретению;

фиг.20 - сечение детали наружного элемента по фиг.19, показывающее направленную внутрь цилиндрическую выступающую часть;

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

фиг.22 представляет собой вид в перспективе сверху наружного элемента по фиг.19;

фиг.23 - вид в перспективе сверху наружного элемента по фиг.19 в перевернутом ориентированном положении;

фиг.24 - сечение внутреннего элемента третьего варианта осуществления картриджа;

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

фиг.26 - сечение детали внутреннего элемента по фиг.24, показывающее загнутый внутрь верхний край;

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

фиг.28 - вид в перспективе сверху внутреннего элемента по фиг.24 в перевернутом ориентированном положении;

фиг.29 - сечение третьего варианта осуществления картриджа в собранном состоянии;

фиг.30 - сечение внутреннего элемента четвертого варианта осуществления картриджа;

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

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

фиг.33 - вид в перспективе сверху внутреннего элемента по фиг.30 в перевернутом ориентированном положении;

фиг.34 - сечение четвертого варианта осуществления картриджа в собранном состоянии;

фиг.35а - график зависимости концентрации от продолжительности рабочего цикла;

фиг.35b - график зависимости пенообразующей способности от продолжительности рабочего цикла;

фиг.35с - график зависимости температуры от продолжительности рабочего цикла и

фиг.36 - график зависимости нормированного давления от отношения высоты к ширине.

Как показано на фиг.11, картридж 1 согласно настоящему изобретению обычно содержит наружный элемент 2, внутренний элемент 3 и ламинат 5. Наружный элемент 2, внутренний элемент 3 и ламинат 5 собраны с образованием картриджа 1, который имеет внутреннее пространство 120, предназначенное для содержания в нем одного или нескольких ингредиентов напитка, впускное отверстие 121, выпускное отверстие 122 и проточный канал для напитка, соединяющий впускное отверстие 121 с выпускным отверстием 122 и проходящий через внутреннее пространство 120. Впускное отверстие 121 и выпускное отверстие 122 исходно герметично закрыты ламинатом 5, и при использовании их открывают посредством прокалывания или разрезания ламината 5. Границы проточного канала для напитка определяются пространственным взаимным расположением наружного элемента 2, внутреннего элемента 3 и ламината 5, как будет рассмотрено ниже. В картридж 1, если требуется, могут быть включены другие компоненты, такие как фильтр 4, как будет дополнительно описано ниже.

Первый вариант картриджа 1 показан на фиг.1-11. Первый вариант картриджа 1 в особенности предназначен для использования при выдаче отфильтрованных продуктов, таких как обжаренный и молотый кофе или листовой чай. Однако данный вариант картриджа 1 и другие варианты, описанные ниже, могут быть использованы с другими продуктами, такими как шоколад, кофе, чай, подслащивающие вещества (заменители сахара), сладкие наливки, вкусовые и ароматизирующие вещества, алкогольные напитки, молоко с вкусовыми наполнителями, фруктовые соки, соки с газированной водой, соусы и десерты.

Как можно видеть на фиг.5, полная форма картриджа 1 является по существу круглой или дискообразной с диаметром, или шириной, картриджа 1, существенно превышающим его высоту. Главная ось Х проходит через центр наружного элемента, как показано на фиг.1. Как правило, полный наружный диаметр наружного элемента 2 составляет 74,5 мм ± 6 мм, и полная наружная высота составляет 16 мм ± 3 мм. Как правило, объем картриджа 1 в собранном состоянии составляет 30,2 мл ± 20%. В соответствии с настоящим изобретением соотношение геометрических размеров картриджа составляет от 0,10 до 0,43 для картриджей, работающих при давлениях до 2,0 бар, и от 0,42 до 0,68 для картриджей, работающих при давлениях от 2,0 до 4,0 бар. Предпочтительно соотношение геометрических размеров картриджей, работающих при давлениях менее 2,0 бар, составляет от 0,21 до 0,28. Соотношение геометрических размеров определяется как отношение максимальной внутренней вертикальной [измеряемой в вертикальном направлении] высоты внутреннего пространства 120, в котором содержатся указанные один или несколько ингредиентов напитка, к внутренней ширине внутреннего пространства 120 (которая представляет собой внутренний диаметр в том случае, когда картридж является дискообразным). В проиллюстрированном варианте осуществления максимальная высота по вертикали составляет 14,3 мм, и ширина (равная в данном случае диаметру) составляет 57,8 мм. Как показано на фиг.36, давление, необходимое для выдачи напитков из картриджей по настоящему изобретению, изменяется в соответствии с соотношением геометрических размеров картриджа. Было установлено, что соотношение геометрических размеров, составляющее от 0,10 до 0,43, является предпочтительным при нахождении баланса между стремлением минимизировать давление, необходимое для выдачи напитка, и потребностью максимально увеличить экстракцию и вспенивание напитка во время выдачи. Большие соотношения геометрических размеров, составляющие от 0,42 до 0,68, могут быть полезным образом использованы для систем с более высоким давлением, как правило в тех случаях, когда используется картридж с большим объемом.

Картриджи недискообразной формы имеют соотношение геометрических размеров, определяемое как максимальная высота, деленная на максимальную протяженность.

Наружный элемент 2, как правило, содержит чашеобразный корпус 10, имеющий изогнутую кольцевую стенку 13, закрытую верхнюю часть 11 и открытую нижнюю часть 12. Диаметр наружного элемента 2 меньше в верхней части 11 по сравнению с диаметром в нижней части 12, что является результатом расширения книзу кольцевой стенки 13 при переходе от закрытой верхней части 11 к открытой нижней части 12. Кольцевая стенка 13 и закрытая нижняя часть 11 вместе образуют резервуар, имеющий внутреннее пространство 34.

Полая, направленная внутрь, цилиндрическая выступающая часть 18 выполнена в закрытой верхней части 11 с центрированием относительно главной оси Х. Как более четко показано на фиг.2, цилиндрическая выступающая часть 18 содержит ступенчатый профиль, имеющий первый, второй и третий участки 19, 20 и 21. Первый участок 19 является прямым круговым цилиндрическим. Второй участок 20 имеет форму усеченного конуса и сужается внутрь. Третий участок 21 представляет собой другой прямой круговой цилиндр и закрыт нижней торцевой стороной 31. Диаметр первого, второго и третьего участка 19, 20, 21 последовательно уменьшается, так что диаметр цилиндрической выступающей части 18 уменьшается при переходе от верхней части 11 к закрытой нижней торцевой поверхности 31 цилиндрической выступающей части 18. По существу горизонтальный уступ 32 образован на цилиндрической выступающей части 18 в месте соединения между вторым и третьим участками 20 и 21.

Выступающий наружу буртик 33 образован на наружном элементе 2 по направлению к нижней части 12. Выступающий наружу буртик 33 образует дополнительную стенку 15, коаксиальную с кольцевой стенкой 13, с тем, чтобы образовать кольцевую направляющую, образующую коллектор 16 между дополнительной стенкой 15 и кольцевой стенкой 13. Коллектор 16 проходит по окружной периферии наружного элемента 2. Ряд пазов 17 выполнен в кольцевой стенке 13 на одном уровне с коллектором 16 для обеспечения сообщения по газу и жидкости между коллектором 16 и внутренним пространством 34 наружного элемента 2. Как показано на фиг.3, пазы 17 представляют собой вертикальные щели в кольцевой стенке 13. Предусмотрено от 20 до 40 пазов. В показанном варианте осуществления выполнено тридцать семь пазов 17, расположенных по существу равномерно по окружной периферии коллектора 16. Пазы 17 имеют длину, составляющую предпочтительно от 1,4 до 1,8 мм. Как правило, длина каждого паза составляет 1,6 мм, что составляет 10% от полной высоты наружного элемента 2. Ширина каждого паза составляет от 0,25 до 0,35 мм. Как правило, ширина каждого паза составляет 0,3 мм. Ширина пазов 17 является достаточно малой, чтобы предотвратить проход ингредиентов напитка через них в коллектор 16 или во время хранения, или при использовании.

Впускная камера 26 образована в наружном элементе 2 у периферии наружного элемента 2. Как наиболее четко показано на фиг.5, выполнена цилиндрическая стенка 27, которая ограничивает впускную камеру 26 во внутреннем пространстве 34 и отделяет впускную камеру 26 от внутреннего пространства 34 наружного элемента 2. Цилиндрическая стенка 27 имеет закрытую верхнюю торцевую поверхность 28, которая образована в плоскости, перпендикулярной к главной оси Х, и открытый нижний торец 29, находящийся в одной плоскости с нижней частью 12 наружного элемента 2. Впускная камера 26 сообщается с коллектором 16 через посредство двух пазов 30, как показано на фиг.1. Альтернативно, можно использовать от одного до четырех пазов для обеспечения сообщения между коллектором 16 и впускной камерой 26.

Нижний конец выступающего наружу буртика 33 выполнен с выступающим наружу фланцем 35, который проходит перпендикулярно к главной оси Х. Как правило, фланец 35 имеет ширину, составляющую от 2 до 4 мм. Часть фланца 35 увеличена для образования ручки 24, посредством которой можно удерживать наружный элемент 2. Ручка 24 снабжена загнутым вверх краем 25 для улучшения захвата.

Наружный элемент 2 образован в виде единой, образующей одно целое детали из полиэтилена высокой плотности, полипропилена, полистирола, сложного полиэфира или из ламината из двух или более из данных материалов. Пригодный полипропилен относится к номенклатуре полимеров, поставляемых компанией DSM UK Limited (Redditch, Великобритания). Наружный элемент может быть непрозрачным, прозрачным или полупрозрачным. Технологический процесс может представлять собой литьевое прессование.

Внутренний элемент 3, подобный показанному на фиг.7-10, содержит кольцевой каркас 41 и выступающую вниз цилиндрическую воронку 40. Главная ось Х проходит через центр внутреннего элемента 3, как показано на фиг.7.

Как лучше всего показано на фиг.8, кольцевой каркас 41 содержит наружный обод 51 и внутреннюю ступицу 52, соединенные десятью равномерно расположенными радиальными спицами 53. Внутренняя ступица 52 образует одно целое с цилиндрической воронкой 40 и простирается от нее. Между радиальными спицами 53 в кольцевом каркасе 41 образованы фильтрационные отверстия 55. Фильтр 4 расположен на кольцевом каркасе 41 так, чтобы фильтр закрывал фильтрационные отверстия 55. Фильтр предпочтительно изготовлен из материала с высокой прочностью во влажном состоянии, например, из нетканого волокнистого материала из сложного полиэфира. К другим материалам, которые могут быть использованы, относятся водонепроницаемый целлюлозный материал, такой как целлюлозный материал, содержащий волокна веленевой бумаги. Волокна веленевой бумаги могут быть смешаны с волокнами из полипропилена, поливинилхлорида и/или полиэтилена. Включение этих пластиковых материалов в целлюлозный материал придает целлюлозному материалу способность к термосвариванию. Фильтр 4 также может быть обработан или покрыт материалом, который активируют посредством тепла и/или давления с тем, чтобы его можно было приварить к кольцевому каркасу 41 подобным образом.

Как показано в сечении по фиг.7, внутренняя ступица 52 находится в более низком положении по сравнению с наружным ободом 51, в результате чего кольцевой каркас 41 имеет профиль с наклоном вниз.

Верхняя поверхность каждой спицы 53 выполнена с выступающей вверх вертикальной перегородкой 54, которая разделяет пустое пространство над кольцевым каркасом 41 на множество каналов 57. Каждый канал 57 ограничен с обеих сторон перегородками 54 и с нижней стороны фильтром 4. Каналы 57 простираются от наружного обода 51 вниз к цилиндрической воронке 40 и открываются в цилиндрическую воронку 40 у отверстий 56, образованных внутренними концами перегородок 54.

Цилиндрическая воронка 40 содержит наружную трубку 42, окружающую внутренний выпускной патрубок 43. Наружная трубка 42 образует наружную часть цилиндрической воронки 40. Выпускной патрубок 43 соединен с наружной трубкой 42 у верхнего конца выпускного патрубка 43 посредством кольцевого фланца 47. Выпускной патрубок 43 содержит впускное отверстие 45 на верхнем конце, которое сообщается с отверстиями 56 каналов 57, и выпускное отверстие 44 на нижнем конце, через которое приготовленный напиток выпускается в чашку или другой резервуар. Выпускной патрубок 43 содержит часть 48 с формой усеченного конуса на верхнем конце и цилиндрическую часть 58 на нижнем конце. Цилиндрическая часть 58 может иметь небольшую конусность, так что она будет сужаться к выпускному отверстию 44. Часть 48 с формой усеченного конуса способствует направлению напитка из каналов 57 вниз к выпускному отверстию 44 без создания турбулентности в напитке. Верхняя поверхность части 48 с формой усеченного конуса выполнена с четырьмя опорными перегородками 49, расположенными равномерно по окружной периферии цилиндрической воронки 40. Между опорными перегородками 49 образуются каналы 50. Верхние края опорных перегородок 49 находятся на одном уровне друг с другом и перпендикулярны главной оси Х.

Внутренний элемент 3 может быть образован в виде единой, образующей одно целое детали из полипропилена или аналогичного материала, подобного описанным выше, и посредством литьевого прессования, как и наружный элемент 2.

Альтернативно, внутренний элемент 3 и/или наружный элемент 2 могут быть изготовлены из полимера, поддающегося биологическому разложению. К примерам пригодных материалов относятся разлагаемый полиэтилен (например SPITEK, поставляемый компанией Symphony Environmental, Borehamwood, Великобритания), поддающийся биологическому разложению полиэфирамид (например, BAK 1095, поставляемый компанией Symphony Environmental), полимеры молочной кислоты (PLA, поставляемые компанией Cargil, Миннесота, США), полимеры на основе крахмала, производные целлюлозы и полипептиды.

Ламинат 5 образован из двух слоев, первого слоя из алюминия и второго слоя из литьевого полипропилена. Толщина алюминиевого слоя составляет от 0,02 до 0,07 мм. Толщина слоя литьевого полипропилена составляет от 0,025 до 0,065 мм. В одном варианте осуществления алюминиевый слой имеет толщину 0,06 мм и полипропиленовый слой имеет толщину 0,025 мм. Данный ламинат является особенно предпочтительным, поскольку он обладает высокой стойкостью к закручиванию во время сборки. В результате ламинат 5 может быть предварительно разрезан [на куски] с надлежащими размерами и формой и впоследствии перемещен на позицию сборки на технологической линии так, что при этом он не подвергается искажению формы. Следовательно, ламинат 5 особенно хорошо подходит для приваривания. Могут быть использованы другие многослойные материалы, включая ламинаты из полиэтилентерефталата/алюминия/полипропилена, полиэтилена/сополимера этилена и винилового спирта/полипропилена, полиэтилентерефталата/металлизированного слоя/полипропилена и алюминия/полипропилена. Может быть использован рулонный исходный ламинат вместо исходного материала, полученного высечкой.

Картридж 1 может быть закрыт жесткой или полужесткой крышкой вместо гибкого ламината.

Сборка картриджа 1 включает в себя следующие операции:

а) внутренний элемент 3 вставляют в наружный элемент 2;

b) фильтр 4 обрезают до заданной формы и помещают на внутренний элемент 3 так, чтобы фильтр разместился над цилиндрической воронкой 40 и опирался на кольцевой каркас 41;

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

d) картридж 1 заполняют одним или несколькими ингредиентами напитка;

е) ламинат 5 прикрепляют к наружному элементу 2.

Данные операции будут рассмотрены ниже более подробно.

Наружный элемент 2 ориентируют так, чтобы открытая нижняя часть 12 была направлена вверх. Затем внутренний элемент 3 вставляют в наружный элемент 2, при этом наружный обод 51 входит по свободной посадке в аксиальную выступающую часть 14 в верхней части 11 картриджа 1. Одновременно цилиндрическая выступающая часть 18 наружного элемента 2 входит в верхнюю часть цилиндрической воронки 40 внутреннего элемента 3. Третий участок 21 цилиндрической выступающей части 18 устанавливают внутри цилиндрической воронки 40 так, что закрытая нижняя торцевая сторона 31 цилиндрической выступающей части 18 опирается на опорные перегородки 49 внутреннего элемента 3. После этого фильтр 4 размещают над внутренним элементом 3 так, чтобы материал фильтра контактировал с кольцевым ободом 51. Затем используют процесс ультразвуковой сварки для присоединения фильтра 4 к внутреннему элементу 3, и одновременно, на той же технологической операции, присоединяют внутренний элемент 3 к наружному элементу 2. Внутренний элемент 3 и фильтр 4 приваривают друг к другу вокруг наружного обода 51. Внутренний элемент 3 и наружный элемент 2 соединяют посредством линий проплавления вокруг наружного обода 51, а также верхних краев перегородок 54.

Как наиболее четко показано на фиг.11, когда наружный элемент 2 и внутренний элемент 3 соединены вместе, они образуют пустое пространство 130 во внутреннем пространстве 120 под кольцевым фланцем 41 и снаружи цилиндрической воронки 40, которое образует фильтровальную камеру. Фильтровальная камера 130 и каналы 57 над кольцевым каркасом 41 разделены фильтровальной бумагой 4.

В фильтровальной камере 130 содержатся указанные один или несколько ингредиентов 200 напитка. Указанные один или несколько ингредиентов напитка "упакованы" в фильтровальную камеру 130. Для напитка отфильтрованного типа ингредиент, как правило, представляет собой обжаренный и молотый кофе или листовой чай. Плотность упаковки ингредиентов напитка в фильтровальной камере 130 можно варьировать по желанию. Как правило, для отфильтрованного продукта из кофе фильтровальная камера содержит от 5,0 до 10,2 г обжаренного и молотого кофе в фильтруемом слое с толщиной, составляющей, как правило, от 5 до 14 мм. Если требуется, внутреннее пространство 120 может содержать одно или несколько тел, таких как сферы, которые могут свободно перемещаться во внутреннем пространстве 120, чтобы способствовать перемешиванию за счет инициирования турбулентности и разрушения отложений ингредиентов напитка во время выпуска напитка.

Затем ламинат 5 прикрепляют к наружному элементу 2 посредством образования сварного шва 126 по периферии ламината 5 для присоединения ламината 5 к нижней поверхности выступающего наружу фланца 35. Сварной шов 126 простирается так, чтобы обеспечить приваривание ламината 5 к нижнему краю цилиндрической стенки 27 внутренней камеры 26. Кроме того, сварной шов 125 образуют между ламинатом 5 и нижним краем наружной трубки 42 цилиндрической воронки 40. Ламинат 5 образует нижнюю стенку фильтровальной камеры 130, а также герметично закрывает внутреннюю камеру 26 и цилиндрическую воронку 40. Однако существует небольшой зазор 123 перед выдачей между ламинатом 5 и нижним краем выпускного патрубка 43. Можно использовать множество различных способов сварки, такие как термосварка и ультразвуковая сварка, в зависимости от свойств материалов ламината 5.

Предпочтительно внутренний элемент 3 простирается между наружным элементом 2 и ламинатом 5. Внутренний элемент 3 образован из сравнительно жесткого материала, такого как полипропилен. По существу внутренний элемент 3 образует несущий элемент, который служит для удерживания ламината 5 и наружного элемента 2 на определенном расстоянии друг от друга при сжатии картриджа 1. Предпочтительно, чтобы картридж 1 при использовании подвергался сжимающей нагрузке, составляющей от 130 до 280 Н. Сжимающая нагрузка служит для предотвращения поломки картриджа под действием повышения давления внутри, а также служит для сдавливания внутреннего элемента 3 и наружного элемента 2 вместе. Это гарантирует то, что внутренние размеры каналов и отверстий в картридже 1 будут постоянными, и их изменение во время повышения давления в картридже 1 будет невозможным.

Для использования картриджа 1 его сначала вставляют в машину для приготовления напитка, и впускное отверстие 121 и выпускное отверстие 122 открывают посредством прокалывающих элементов машины для приготовления напитка, которые перфорируют и отгибают ламинат 5. Водная среда, как правило вода, под давлением поступает в картридж 1 через впускное отверстие 121 и проходит во впускную камеру 26 под давлением, составляющим от 0,1 до 2,0 бар. Оттуда вода направляется с протеканием ее через пазы 30 и вокруг коллектора 16 и в фильтровальную камеру 130 картриджа 1 через множество пазов 17. Вода нагнетается радиально внутрь через фильтровальную камеру 130 и смешивается с ингредиентами 200 напитка, содержащимися в ней. Одновременно вода нагнетается вверх сквозь ингредиенты напитка. Напиток, образованный за счет прохода воды сквозь ингредиенты напитка, проходит через фильтр 4 и фильтрационные отверстия 55 в каналы 57, расположенные над кольцевым каркасом 41. То обстоятельство, что фильтр 4 приварен к спицам 53, а обод 51 приварен к наружному элементу 2, гарантирует то, что отсутствуют короткие контуры и весь напиток должен будет проходить через фильтр 4.

Затем напиток проходит вниз вдоль радиальных каналов 57, образованных между перегородками 54, и через отверстия 56 и в цилиндрическую воронку 40. Напиток проходит вдоль каналов 50 между опорными перегородками 47 и вниз по выпускному патрубку 43 к выпускному отверстию 44, где напиток выпускается в резервуар, такой как чашка.

Предпочтительно машина для приготовления напитков содержит средство для продувки воздухом, при этом сжатый воздух нагнетается через картридж 1 в конце рабочего цикла для вымывания остающегося напитка в резервуар.

Второй вариант картриджа 1 показан на фиг.12-18. Второй вариант картриджа 1 в особенности предназначен для использования при выдаче продуктов типа "эспрессо", таких как [продукт из] обжаренного и молотого кофе, когда желательно получить напиток, имеющий пену из крошечных пузырьков, известную как "crema". Многие из элементов (признаков) второго варианта картриджа 1 такие же, как в первом варианте, и аналогичные номера были использованы для обозначения аналогичных элементов. В нижеприведенном описании будут рассмотрены различия между первым и вторым вариантами. Общие элементы, которые функционируют аналогичным образом, подробно рассматриваться не будут.

Наружный элемент 2 имеет такую же конструкцию, как и в первом варианте картриджа 1, и такую, как показана на фиг.1-6.

Кольцевой каркас 41 внутреннего элемента 3 такой же, как и в первом варианте. Кроме того, фильтр 4 размещен на кольцевом каркасе 41 так, что фильтр 4 закрывает фильтрационные отверстия 55. Наружная трубка 42 цилиндрической воронки 40 такая же, как описанная ранее. Однако существует ряд отличий в конструкции внутреннего элемента 3 по второму варианту по сравнению с первым вариантом. Как показано на фиг.16, выпускной патрубок 43 выполнен с перегородкой 65, которая простирается на части длины выпускного патрубка 43 вверх от выпускного отверстия 44. Перегородка 65 способствует предотвращению распыления и/или расплескивания напитка, когда он выходит из выпускного патрубка 43. Профиль выпускного патрубка 43 также отличается, и он имеет ступенчатый профиль с явным изломом 66 рядом с верхним концом трубки 43.

Предусмотрен венец 67, вертикально выступающий вверх от кольцевого фланца 47, соединяющего наружную трубку 42 с выпускным патрубком 43. Венец 67 окружает вход 45 в выпускной патрубок 43 и определяет границы кольцевого канала 69 между венцом 67 и верхней частью наружной трубки 42. Венец 67 выполнен с направленным внутрь уступом 68. В одном месте вокруг окружной периферии венца 67 выполнено отверстие 70 в виде паза, которое простирается от верхнего края венца 67 до точки, находящейся немного ниже уровня уступа 68, как наиболее четко показано на фиг.12 и 13. Паз имеет ширину 0,64 мм.

Отверстие 71 для впуска воздуха выполнено в кольцевом фланце 47, при этом оно выровнено в окружном направлении относительно отверстия 70, как показано на фиг.16 и 17. Отверстие 71 для впуска воздуха представляет собой отверстие, проходящее сквозь фланец 47 с тем, чтобы обеспечить сообщение между местом над фланцем 47 и пустым пространством под фланцем 47 между наружной трубкой 42 и выпускным патрубком 43. Предпочтительно и как показано, отверстие 71 для впуска воздуха содержит верхний участок 73 с формой усеченного конуса и нижний цилиндрический участок 72. Отверстие 71 для впуска воздуха, как правило, образуют посредством оснастки для литьевого прессования, такой как стержень. Сужающийся профиль отверстия 71 для впуска воздуха позволяет легче удалять оснастку для литьевого прессования из отлитого компонента. Стенке наружной трубки 42 вблизи отверстия 71 для впуска воздуха придана такая форма, чтобы она образовывала желоб 75, ведущий от отверстия 71 для впуска воздуха к впускному отверстию 45 выпускного патрубка 43. Как показано на фиг.17, наклонный буртик 74 образован между отверстием 71 для впуска воздуха и желобом 75 для гарантирования того, что струя напитка, выходящая из паза 70, не будет немедленно сталкиваться с верхней поверхностью фланца 47 в непосредственной близости от отверстия 71 для впуска воздуха.

Процедура сборки для второго варианта картриджа 1 аналогична сборке первого варианта. Однако существуют некоторые отличия. Как показано на фиг.18, третий участок 21 цилиндрической выступающей части 18 устанавливают внутри опорного венца 67, а не на опорные перегородки. Уступ 32 цилиндрической выступающей части 18 между вторым участком 20 и третьим участком 21 опирается на верхний край опорного венца 67 внутреннего элемента 3. Следовательно, между внутренним элементом 3 и наружным элементом 2 образуется зона 124 контакта, образующая торцевое уплотнение между цилиндрической выступающей частью 18 и опорным венцом 67, которое простирается почти по всей окружной периферии картриджа 1. Уплотнение между цилиндрической выступающей частью 18 и опорным венцом 67 не является герметичным, поскольку паз 70 в опорном венце 67 простирается сквозь опорный венец 67 и вниз до места, находящегося немного ниже уступа 68. Следовательно, посадка в зоне контакта [посадка с натягом] между цилиндрической выступающей частью 18 и опорным венцом 67 обеспечивает преобразование паза 70 в отверстие 128, как наиболее четко показано на фиг.18, обеспечивая сообщение по газу и жидкости между кольцевым каналом 69 и выпускным патрубком 43. Отверстие, как правило, имеет ширину 0,64 мм при длине 0,69 мм.

Функционирование второго варианта картриджа 1 по выдаче напитка аналогично функционированию первого варианта, но имеет некоторые отличия. Напиток в радиальных каналах 57 проходит вниз вдоль каналов 57, образованных между перегородками 54, и через отверстия 56 и в кольцевой канал 69 цилиндрической воронки 40. Из кольцевого канала 69 напиток вытесняется под давлением через отверстие 128 за счет противодавления напитка, скапливающегося в фильтровальной камере 130 и каналах 57. Таким образом, напиток вытесняется через отверстие 128 в виде струи и проходит в камеру расширения, образованную верхним концом выпускного патрубка 43. Как показано на фиг.18, струя напитка проходит непосредственно над отверстием 71 для впуска воздуха. Когда напиток поступает в выпускной патрубок 43, давление струи напитка падает. В результате воздух захватывается струей напитка в виде множества небольших воздушных пузырьков по мере того, как воздух всасывается вверх через отверстие 71 для впуска воздуха. Струя напитка, выходящая из отверстия 128, проходит через воронку вниз к выпускному отверстию 44, где напиток выпускается в резервуар, такой как чашка, где воздушные пузырьки образуют желательную "шапку (crema)". Таким образом, отверстие 128 и отверстие 71 для впуска воздуха вместе образуют эдуктор, который служит для захватывания воздуха в напиток. Поток напитка в эдуктор следует сохранять как можно более плавным для уменьшения потерь давления. Предпочтительно стенки эдуктора должны быть выполнены вогнутыми для уменьшения потерь, обусловленных трением о стенки из-за граничного эффекта. Допуск на размер отверстия 128 является небольшим. Предпочтительно размер отверстия является фиксированным плюс или минус 0,02 мм ². Волоски, нитевидные элементы или другие неровности поверхности могут быть предусмотрены внутри выхода или у выхода эдуктора для увеличения полезной площади сечения, что, как было установлено, обеспечивает увеличение степени захвата воздуха.

Третий вариант картриджа 1 показан на фиг.19-29. Третий вариант картриджа 1 в особенности предназначен для использования при выдаче растворимых продуктов, которые могут быть в порошкообразном, жидком виде, в виде сиропа, геля или аналогичном виде. Растворимый продукт растворяется посредством водной среды или образует взвесь в водной среде, такой как вода, когда водную среду пропускают в процессе использования через картридж 1. К примерам напитков относятся шоколад, кофе, молоко, чай, суп или другие регидратируемые или растворимые в воде продукты. Многие из элементов [признаков] третьего варианта картриджа 1 такие же, как и в предыдущих вариантах, и аналогичные номера были использованы для обозначения аналогичных элементов. В нижеприведенном описании будут рассмотрены различия между третьим и предыдущими вариантами. Общие элементы, которые функционируют аналогичным образом, подробно рассматриваться не будут.

По сравнению с наружным элементом 2 по предыдущим вариантам полая, направленная внутрь цилиндрическая выступающая часть 18 наружного элемента 2 по третьему варианту имеет больший полный диаметр, как показано на фиг.20. В частности, диаметр первого участка 19, как правило, составляет от 16 до 18 мм по сравнению с 13,2 мм для наружного элемента 2 по предыдущим вариантам. Кроме того, первый участок 19 выполнен с выпуклой наружной поверхностью 19а или выпуклостью, как наиболее четко показано на фиг.20, при этом назначение ее будет описано ниже. Тем не менее, диаметр третьих участков 21 картриджей 1 является одинаковым, в результате чего площадь уступа 32 в данном третьем варианте картриджа 1 будет больше. Как правило, объем картриджа 1 в собранном состоянии составляет 32,5 мл ± 20%.

Количество и расположение пазов на нижнем конце кольцевой стенки 13 также отличаются. Предусмотрено от 3 до 5 пазов. В варианте осуществления, подобном показанному на фиг.23, предусмотрены четыре паза 36, равномерно расположенные по окружной периферии коллектора 16. Пазы 36 немного больше по ширине по сравнению с предыдущими вариантами картриджа 1, при этом их ширина составляет от 0,35 до 0,45 мм, предпочтительно 0,4 мм.

В других отношениях наружные элементы 2 картриджей 1 являются такими же.

Конструкция цилиндрической воронки 40 внутреннего элемента 3 является такой же, как в первом варианте картриджа 1, при этом предусмотрены наружная трубка 42, выпускной патрубок 45, кольцевой фланец 47 и опорные перегородки 49. Единственное отличие состоит в том, что выпускному патрубку 45 придана форма с верхней частью 92 в виде усеченного конуса и нижней цилиндрической частью 93.

В отличие от предыдущих вариантов и как показано на фиг.24-28, кольцевой каркас 41 заменен частью 80 в виде полого цилиндра, которая окружает цилиндрическую воронку 40 и присоединена к ней посредством восьми радиальных распорок 87, которые присоединены к цилиндрической воронке 40 у кольцевого фланца 47 или рядом с кольцевым фланцем 47. Цилиндрическая выступающая часть 81 части 80 в виде полого цилиндра простирается вверх от распорок 87 для образования камеры 90 с открытой верхней торцевой стороной. Верхний край 91 цилиндрической выступающей части 81 имеет загнутый внутрь профиль, как показано на фиг.26. Кольцевая стенка 82 части 80 в виде полого цилиндра простирается вниз от распорок 87 с образованием кольцевого канала 86 между частью 80 в виде полого цилиндра и наружной трубкой 42.

Кольцевая стенка 82 имеет на нижнем конце наружный фланец 83, который расположен перпендикулярно главной оси Х. Венец 84 свисает вниз от нижней поверхности фланца 83 и содержит пять отверстий 85, которые равномерно расположены по окружности вокруг венца 84. Таким образом, венец 84 выполнен с зазубренным нижним профилем.

Между распорками 87 образованы отверстия 89, создающие возможность сообщения между камерой 90 и кольцевым каналом 86.

Процедура сборки для третьего варианта картриджа 1 аналогична сборке первого варианта, но имеет некоторые отличия. Наружный элемент 2 и внутренний элемент 3 соединяют вместе по плотной посадке, как показано на фиг.29, и они удерживаются вместе посредством конструкции с защелкиванием, а не с помощью приваривания. При соединении двух элементов направленную внутрь цилиндрическую выступающую часть 18 вставляют внутрь верхней цилиндрической выступающей части 81 части 80 в виде полого цилиндра. Внутренний элемент 3 удерживается в наружном элементе 2 посредством фрикционного взаимного сцепления выпуклой наружной поверхности 19а первого участка 19 цилиндрической выступающей части 18 с загнутым внутрь краем 91 верхней цилиндрической выступающей части 81. Когда внутренний элемент 3 размещен в наружном элементе 2, образуется смесительная камера 134, расположенная снаружи части 80 в виде полого цилиндра. Смесительная камера 134 содержит ингредиенты 200 напитка перед выдачей. Следует отметить, что четыре впускных отверстия 36 и пять отверстий 85 расположены в шахматном порядке друг относительно друга по окружной периферии. Радиальное расположение двух частей друг относительно друга необязательно должно быть определено или зафиксировано во время сборки, поскольку использование четырех впускных отверстий 36 и пяти отверстий 85 гарантирует то, что смещение будет иметь место между впускными отверстиями и отверстиями, какое бы относительное положение в направлении поворота ни заняли компоненты.

Указанные один или несколько ингредиентов напитка упаковывают в смесительную камеру 134 картриджа. Плотность упаковывания ингредиентов напитка в смесительной камере 134 можно варьировать по желанию.

Затем ламинат 5 прикрепляют к наружному элементу 2 и внутреннему элементу 3 таким же образом, как описано выше в предыдущих вариантах.

При использовании вода поступает в смесительную камеру 134 через четыре паза 36 таким же образом, как и в предыдущих вариантах картриджа. Вода нагнетается радиально внутрь через смесительную камеру и смешивается с ингредиентами напитка, содержащимися в ней. Продукт растворяется в воде или смешивается с водой и образует напиток в смесительной камере 134, и затем вытесняется через отверстия 85 в кольцевой канал 86 за счет противодавления напитка и воды в смесительной камере 134. Расположение четырех впускных пазов 36 и пяти отверстий 85 в шахматном порядке по окружности гарантирует то, что у струй воды не будет возможности проходить радиально непосредственно из впускных пазов 36 в отверстия 85 без циркуляции вначале внутри смесительной камеры 134. Таким образом, степень и стабильность растворения или перемешивания продукта существенно повышаются. Напиток вытесняется вверх в кольцевой канал 86, через отверстия 89 между распорками 87 и в камеру 90. Напиток проходит из камеры 90 через впускные отверстия 45 между опорными перегородками 49 в выпускной патрубок 43 и к выпускному отверстию 44, где напиток выпускается в резервуар, такой как чашка. Картридж особенно подходит для применения при ингредиентах напитка в виде вязких жидкостей или гелей. В одном случае применения в картридже 1 содержится жидкий ингредиент шоколада с вязкостью от 1700 до 3900 мПа при температуре окружающей среды и от 5000 до 10000 мПа при 0°С и с содержанием сухих веществ по рефрактомеру 67 Brix ± 3. В другом случае применения в картридже 1 содержится жидкий кофе с вязкостью от 70 до 2000 мПа при температуре окружающей среды и от 80 до 5000 мПа при 0°С, при этом кофе имеет общий уровень содержания сухих веществ от 40 до 70%. Ингредиент в виде жидкого кофе может содержать от 0,1 до 2,0 мас.% бикарбоната натрия, предпочтительно от 0,5 до 1,0 мас.%. Бикарбонат натрия служит для поддержания уровня pH кофе на уровне 4,8 или ниже, что обеспечивает возможность иметь срок годности заполненных кофе картриджей при хранении, составляющий до 12 месяцев.

Четвертый вариант картриджа 1 показан на фиг.30-34. Четвертый вариант картриджа 1 в особенности предназначен для использования при выдаче жидких продуктов, таких как сгущенное жидкое молоко. Многие из элементов четвертого варианта картриджа 1 такие же, как в предыдущих вариантах, и аналогичные номера были использованы для обозначения аналогичных элементов. В нижеприведенном описании будут рассмотрены различия между четвертым и предыдущими вариантами. Общие элементы, которые функционируют аналогичным образом, подробно рассматриваться не будут.

Наружный элемент 2 такой же, как в третьем варианте картриджа 1, и такой, как показан на фиг.19-23.

Цилиндрическая воронка 40 внутреннего элемента 3 аналогична воронке, показанной во втором варианте картриджа 1, но имеет определенные отличия. Как показано на фиг.30, выпускной патрубок 43 выполнен с такой формой, что он имеет верхнюю часть 106 с формой усеченного конуса и нижнюю цилиндрическую часть 107. Три аксиальных ребра 105 выполнены на внутренней поверхности выпускного патрубка 43 для направления выдаваемого напитка вниз к выпускному отверстию 44 и предотвращения центрифугирования выпускаемого напитка внутри патрубка. Следовательно, ребра 105 служат в качестве направляющих перегородок. Как и во втором варианте картриджа 1, предусмотрено отверстие 71 для впуска воздуха, проходящее сквозь кольцевой фланец 47. Однако желоб 75 под отверстием 71 для впуска воздуха является более удлиненным, чем во втором варианте.

Предусмотрена часть 80 в виде полого цилиндра, аналогичная показанной в третьем варианте картриджа 1, описанном выше. В венце 84 выполнено от 5 до 12 отверстий. Как правило, предусмотрено десять отверстий, а не пять отверстий, предусмотренных в третьем варианте картриджа 1.

Предусмотрен кольцевой чашеобразный элемент 100, простирающийся от фланца 83 и выполненный за одно целое с фланцем 83 части 80 в виде полого цилиндра. Кольцевой чашеобразный элемент 100 содержит расширяющийся корпус 101 с открытой верхней входной частью 104, которая направлена вниз. Четыре питающих отверстия 103, показанные на фиг.30 и 31, расположены в корпусе 101 на нижнем конце или рядом с нижним концом чашеобразного элемента 100 там, где он соединяется с частью 80 в виде полого цилиндра. Предпочтительно питающие отверстия расположены равномерно по окружной периферии чашеобразного элемента 100.

Ламинат 5 представляет собой ламинат такого типа, как описанный выше в предыдущих вариантах осуществления.

Процедура сборки для четвертого варианта картриджа 1 такая же, как и для третьего варианта.

Функционирование четвертого варианта картриджа аналогично функционированию третьего варианта. Вода поступает в картридж 1 и смесительную камеру 134 так же, как в ранее описанном варианте. Там вода смешивается с жидким продуктом и разбавляет жидкий продукт, который затем вытесняется наружу под чашеобразным элементом 100 и через отверстия 85 к выпускному отверстию 44, как описано выше. Часть жидкого продукта, исходно содержащегося в кольцевом чашеобразном элементе 100, как показано на фиг.34, не подвергается немедленному разбавлению водой, поступающей в смесительную камеру 134. Скорее, разбавленный жидкий продукт в нижней части смесительной камеры 134 будет стремиться выйти через отверстия 85, а не будет вытесняться вверх и в кольцевой чашеобразный элемент 100 через верхнюю входную часть 104. Следовательно, жидкий продукт в кольцевом чашеобразном элементе 100 будет оставаться сравнительно сгущенным [концентрированным] во время начальных стадий рабочего цикла по сравнению с продуктом в нижней части смесительной камеры 134. Жидкий продукт в кольцевом чашеобразном элементе 100 капает через питающие отверстия 103 под действием силы тяжести в поток продукта, выходящий из смесительной камеры 134 через отверстия 85 и под чашеобразным элементом 100. Кольцевой чашеобразный элемент 100 служит для выравнивания концентрации разбавленного жидкого продукта, поступающего в цилиндрическую воронку 40, за счет удерживания части концентрированного жидкого продукта и постоянного выпуска его в проточный канал для выходящего потока жидкости в течение всего рабочего цикла, как проиллюстрировано на фиг.35а, где концентрация молока, измеренная как общее процентное содержание имеющегося сухого вещества, показана во время рабочего цикла, составляющего приблизительно 15 с. Линия а иллюстрирует график изменения концентрации при наличии чашеобразного элемента 100, в то время как линия b иллюстрирует картридж без чашеобразного элемента 100. Как можно видеть, график изменения концентрации при наличии чаши 100 является более равномерным во время рабочего цикла, и отсутствует немедленное сильное снижение концентрации, какое имеет место при отсутствии чашеобразного элемента 100. Исходная концентрация молока, как правило, составляет 30-35% растворимого сухого вещества, и в конце цикла она составляет 10% растворимого сухого вещества. Это приводит к коэффициенту разбавления приблизительно 3:1, хотя при использовании настоящего изобретения возможны коэффициенты разбавления от 1:1 до 6:1. Для жидких ингредиентов других напитков концентрации могут отличаться. Например, для жидкого шоколада исходная концентрация составляет приблизительно 67% растворимых сухих веществ и в конце цикла - 12-15% растворимых сухих веществ. Это приводит к коэффициенту разбавления (отношению [количества] водной среды к ингредиенту напитка в выданном напитке), составляющему приблизительно 5:1, хотя при использовании настоящего изобретения возможны коэффициенты разбавления от 2:1 до 10:1, для жидкого кофе исходная концентрация составляет от 40 до 67%, а концентрация в конце выдачи - 1-2% растворимых сухих веществ. Это приводит к коэффициенту разбавления от 20:1 до 70:1, хотя при использовании настоящего изобретения возможны коэффициенты разбавления от 10:1 до 100:1.

Из кольцевого канала 86 напиток вытесняется под давлением через отверстие 128 за счет противодавления напитка, скапливающегося в фильтровальной камере 134 и камере 90. Таким образом, напиток вытесняется через отверстие 128 в виде струи и поступает в камеру расширения, образованную верхним концом выпускного патрубка 43. Как показано на фиг.34, струя напитка проходит непосредственно над отверстием 71 для впуска воздуха. Когда напиток поступает в выпускной патрубок 43, давление струи напитка падает. В результате воздух захватывается струей напитка в виде множества небольших воздушных пузырьков по мере того, как воздух всасывается вверх через отверстие 71 для впуска воздуха. Струя напитка, выходящая из отверстия 128, проходит через воронку вниз к выпускному отверстию 44, где напиток выпускается в резервуар, такой как чашка, где воздушные пузырьки создают желательный пенистый вид.

Предпочтительно внутренний элемент 3, наружный элемент 2, ламинат 5 и фильтр 4 могут быть все легко подвергнуты стерилизации благодаря тому, что компоненты можно отделить друг от друга и по отдельности они не содержат извилистых каналов или узких щелей. Напротив, только после соединения компонентов вместе после стерилизации образуются необходимые каналы. Это имеет особенно важное значение, когда ингредиент напитка представляет собой продукт на основе молока, такой как жидкое сгущенное молоко.

Четвертый вариант осуществления картриджа для напитка особенно предпочтителен для выдачи концентрированного жидкого продукта на основе молока, такого как жидкое молоко. Ранее сухие молочные продукты поставлялись в виде пакетов-саше для добавления в предварительно приготовленный напиток. Однако для напитка типа капуччино (кофе со взбитыми сливками) необходимо вспенить молоко. Ранее это достигалось посредством пропускания пара через жидкий молочный продукт. Однако это требует обеспечения подачи пара, что приводит к увеличению стоимости и сложности машины, используемой для выдачи напитка. Использование пара также повышает риск травмирования во время функционирования картриджа. Соответственно, согласно настоящему изобретению создан картридж для напитка, в котором имеется концентрированный жидкий продукт на основе молока. Было установлено, что за счет сгущения молочного продукта можно получить большее количество пены для определенного объема молока по сравнению со свежим молоком или молоком, пастеризованным при ультравысокой температуре. Это приводит к уменьшению размера, требуемого для картриджа с молоком. Свежее, частично сепарированное молоко содержит приблизительно 1,6% жира и имеет общее содержание сухого вещества, составляющее 10%. Сгущенные жидкие молочные препараты согласно настоящему изобретению содержат от 0,1 до 12% жира и имеют общее содержание сухого вещества, составляющее от 25 до 40%. В типовом примере препарат содержит 4% жира и имеет общее содержание сухого вещества, составляющее 30%. Сгущенные молочные препараты пригодны для вспенивания при использовании машины низкого давления, предназначенной для приготовления, как будет описано ниже. В частности, вспенивание молока достигается при давлениях менее 2 бар, предпочтительно приблизительно 1,5 бар, посредством использования картриджа по четвертому варианту осуществления, описанному выше.

Вспенивание сгущенного молока особенно предпочтительно для таких напитков, как капуччино и молочные коктейли. Предпочтительно пропускание молока через отверстие 128 и над отверстием 71 для впуска воздуха и возможное использование чашеобразного элемента 100 позволяют достичь уровней вспенивания, превышающих 40%, предпочтительно превышающих 70% для молока. Для жидкого шоколада возможны уровни вспенивания, превышающие 70%. Для жидкого кофе возможны уровни вспенивания, превышающие 70%. Уровень вспенивания (пенообразующую способность) измеряют как отношение объема полученной пены к объему выдаваемого жидкого ингредиента напитка. Например, при выдаче 138,3 мл напитка, из которых 58,3 мл составляет пена, пенообразующую способность измеряют как [58,3/(138,3-58,3)]·100=72,9%. Пенообразующая способность молока (и других жидких ингредиентов) увеличивается за счет обеспечения наличия чашеобразного элемента 100, как можно видеть на фиг.35b. Пенообразующая способность молока, выдаваемого при наличии чашеобразного элемента 100, (линия а) больше пенообразующей способности молока, выдаваемого при отсутствии чашеобразного элемента (линия b). Это обусловлено тем, что пенообразующая способность молока непосредственно коррелируется с концентрацией молока, и, как показано, на фиг.35а, чашеобразный элемент 100 обеспечивает поддержание более высокой концентрации молока в течение большей части рабочего цикла. Также известно, что пенообразующая способность молока непосредственно коррелируется с температурой водной среды, как показано на фиг.35с. Таким образом, чашеобразный элемент 100 является предпочтительным, поскольку больше молока остается в картридже почти до конца рабочего цикла, когда водная среда будет наиболее горячей. Это также обеспечивает повышение пенообразующей способности.

Картридж по четвертому варианту осуществления также предпочтителен при выдаче жидких продуктов из кофе. Было установлено, что варианты осуществления картриджа для напитка по настоящему изобретению предпочтительно обеспечивают улучшенную консистенцию сваренного напитка по сравнению с картриджами по предшествующему уровню техники. Ниже приведена таблица 1, которая показывает результаты выходов при варке для двадцати образцов каждого из картриджей А и В, содержащих обжаренный и молотый кофе. Картридж А представляет собой картридж для напитка согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Картридж В представляет собой картридж для напитка по предшествующему уровню техники, подобный описанному в документе заявителя WO01/58786. Показатель преломления для сваренного напитка измерен в единицах Brix и преобразован в процентное содержание растворимых сухих веществ (%SS) посредством использования стандартных таблиц и формул. В нижеприведенных примерах:

Процентное содержание растворимых сухих веществ = 0,7774 · (показатель в единицах Brix) + 0,0569.

Выход в % = (Процентное содержание растворимых сухих веществ · Объем варки (г))/(100 · Масса кофе (г))

Таблица 1 КАРТРИДЖ А
Образец	Объем варки (г)	Масса кофе (г)	Brix	Процентное содержание растворимых сухих веществ (%)	Выход (%)
1	105,6	6,5	1,58	1,29	20,88
2	104,24	6,5	1,64	1,33	21,36
3	100,95	6,5	1,67	1,36	21,05
4	102,23	6,5	1,71	1,39	21,80
5	100,49	6,5	1,73	1,40	21,67
6	107,54	6,5	1,59	1,29	21,39
7	102,70	6,5	1,67	1,36	21,41
8	97,77	6,5	1,86	1,50	22,61
9	97,82	6,5	1,7	1,38	20,75
10	97,83	6,5	1,67	1,36	20,40
11	97,6	6,5	1,78	1,44	21,63
12	106,64	6,5	1,61	1,31	21,47
13	99,26	6,5	1,54	1,25	19,15
14	97,29	6,5	1,59	1,29	19,35
15	101,54	6,5	1,51	1,23	19,23
16	104,23	6,5	1,61	1,31	20,98
17	97,5	6,5	1,73	1,40	21,03
18	100,83	6,5	1,68	1,36	21,14
19	101,67	6,5	1,67	1,36	21,20
20	101,32	6,5	1,68	1,36	21,24
				СРЕДНЕЕ	20,99

КАРТРИДЖ В

Образец	Объем варки (г)	Масса кофе (г)	Brix	Процентное содержание растворимых сухих веществ (%)	Выход (%)
1	100,65	6,5	1,87	1,511	23,39
2	95,85	6,5	1,86	1,503	22,16
3	98,4	6,5	1,8	1,456	22,04
4	92,43	6,5	2,3	1,845	26,23
5	100,26	6,5	1,72	1,394	21,50
6	98,05	6,5	2,05	1,651	24,90
7	99,49	6,5	1,96	1,581	24,19
8	95,62	6,5	2,3	1,845	27,14
9	94,28	6,5	2,17	1,744	25,29
10	96,13	6,5	1,72	1,394	20,62
11	96,86	6,5	1,81	1,464	21,82
12	94,03	6,5	2,2	1,767	25,56
13	96,28	6,5	1,78	1,441	21,34
14	95,85	6,5	1,95	1,573	23,19
15	95,36	6,5	1,88	1,518	22,28
16	92,73	6,5	1,89	1,526	21,77
17	88	6,5	1,59	1,293	17,50
18	93,5	6,5	2,08	1,674	24,08
19	100,88	6,5	1,75	1,417	22,00
20	84,77	6,5	2,37	1,899	24,77
				СРЕДНЕЕ	23,09

Выполнение статистического анализа с проверкой по критерию Стьюдента на вышеприведенных данных дает следующие результаты:

Таблица 2 Проверка по критерию Стьюдента: двухвыборочный с предположением о равных отклонениях
	Выход (%) (Картридж А)	Выход (%) (Картридж В)
Среднее Дисперсия Наблюдения Объединенная дисперсия Гипотетическая средняя разность Df t Stat P(T<=t) односторонний критерий T Critical односторонний критерий P(T<=t) двусторонний критерий T Critical двусторонний критерий	20,99 0,77 20 2,90 0 38 -3,90 0,000188 1,686 0,000376 2,0244	23,09 5,04 20
Среднеквадратическое отклонение	0,876	2,245

Анализ показывает, что постоянство выхода в %, который приравнивается к крепости сваренного напитка, для картриджей по настоящему изобретению значительно лучше (при доверительном уровне 95%), чем для картриджей по предшествующему уровню техники, при среднеквадратическом отклонении 0,88% по сравнению с 2,24%. Это означает, что напитки, сваренные с использованием картриджей по настоящему изобретению, имеют более стабильную и однородную крепость. Это предпочтительно для потребителей, которые предпочитают, чтобы их напитки постоянно имели одинаковый вкус, и не хотят случайных изменений крепости сваренного напитка.

Материалы картриджей, описанных выше, могут быть снабжены защитным покрытием для повышения их стойкости к кислороду и/или влаге и/или к проникновению других загрязнителей. Защитное покрытие также может обеспечить повышение сопротивления к утечке ингредиентов напитка из картриджей и/или снижение степени выщелачивания экстрагируемых веществ из материалов картриджа, которые могли бы отрицательно повлиять на ингредиенты напитков. Защитное покрытие может быть выполнено из материала, выбранного из группы, состоящей из полиэтилентерефталата, полиамида, сополимера этилена и винилового спирта, поливинилиденхлорида или металлизированного материала. Защитное покрытие может быть нанесено с помощью ряда механизмов, включая осаждение из паровой фазы, вакуумное осаждение, нанесение покрытия плазменным напылением, совместная экструзия, этикетирование внутри пресс-формы и двух/многостадийное формование, но возможные способы не ограничены вышеуказанными.