ES2337253T3 - Cartucho para la preparacion de bebidas. - Google Patents

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Adam Lloyd
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David Smith
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Abstract

Un cartucho (1) que contiene uno o más ingredientes de bebidas (200) y que está formado a partir de materiales sustancialmente impermeables al aire y al agua, comprendiendo el cartucho o estando adaptado para estar formadas allí al menos una entrada para la introducción de un medio acuoso en el cartucho y al menos una salida, donde el flujo del medio acuoso a través del cartucho es generalmente en una dirección radialmente interior desde la al menos una entrada hacia la al menos una salida, caracterizado porque el cartucho comprende, además, un colector circunferencial (16) separado de una cámara de almacenamiento (130; 134) por una pared (13), donde la pared comprende una pluralidad de entradas dirigidas hacia dentro.

Description

Cartucho para la preparación de bebidas.
La presente invención se refiere a un cartucho para la preparación de bebidas y, en particular, a cartuchos sellados, que están formados de materiales sustancialmente impermeables al aire y al agua y que contienen uno o más ingredientes para la preparación de bebidas.
Ya se ha propuesto anteriormente sellar ingredientes de preparación de bebidas en envases individuales impermeables al aire. Por ejemplo, se conocen cartuchos o cápsulas que contienen café molido compactado para uso en ciertas máquinas de preparación de café, que se designan, en general, como máquinas "expresso". En la producción de café utilizando estas máquinas de preparación, se coloca el cartucho de café en una cámara de infusión y se pasa agua caliente a través del cartucho a presiones relativamente altas, extrayendo de esta manera los constituyentes aromáticos del café a partir del café molido para producir la bebida de café. Típicamente, tales máquinas funcionan a una presión mayor que 6 x 10^{5} Pa. Las máquinas de preparación del tipo descrito han sido hasta ahora relativamente costosas, puesto que los componentes de la máquina, tales como las bombas de agua y las juntas de obturación, deber ser capaces de resistir las altas presiones.
En el documento EO01/58786 se describe un cartucho para la preparación de bebidas que funciona a una presión generalmente en el intervalo de 0,7 a 2,0 x 10^{5} Pa. Sin embargo, el cartucho está diseñado para uso en una máquina de preparación de bebidas para el mercado comercial o industrial y es relativamente costosa. Por lo tanto, permanece un requerimiento de un cartucho para la preparación de bebidas, en el que los cartuchos y la máquina de preparación de bebidas sean adecuados, en particular, para el mercado doméstico en términos de coste, rendimiento y
fiabilidad.
El cartucho del documento WO01/58786 es de forma sustancialmente rectangular. Por consiguiente, el lecho de ingredientes de bebida es también de forma sustancialmente rectangular. El agua entra en el compartimiento que contiene los ingredientes de la bebida a través de ranuras dispuestas debajo a lo largo de los lados del compartimiento. La bebida de infusión producida a partir de los ingredientes de la bebida es recogida en una cámara localizada en un extremo del cartucho. Se ha encontrado que porciones del agua que circula a través del cartucho permanecerán grados variables de tiempo en el lecho de los ingredientes de la bebida dependiendo de la ranura a través de la cual el agua entra en el compartimiento. Esto puede conducir a grados irregulares de extracción y rendimiento de los ingredientes de la bebida tanto dentro de un cartucho como también entre cartuchos sucesivos. Además, durante la etapa de pre-humidificación, en la que se inyecta agua en el compartimiento para saturar los ingredientes de la bebida, el grado de humidificación es susceptible de no ser uniforme a lo largo de la longitud del cartucho.
El documento JP2000093309A describe un cartucho que tiene una pared cilíndrica cerrada en extremos superior e inferior por una película de aluminio. En uso, una entrada está perforada en la película superior para permitir que el agua sea inyectada dentro de una columna central desde donde fluye hacia fuera al interior del cartucho y se filtra hacia abajo a través de un lecho de café y luego a través de un filtro de papel dentro de una cámara colectora cilíndrica. Una salida para la bebida formada de esta manera es proporcionada perforando la película inferior. El cartucho es relativamente complejo, en particular debido a que requiere la presencia de la cámara colectora cilíndrica que debe ser de un tamaño al menos igual al filtro de papel. El requerimiento de la cámara colectora en un extremo inferior del cartucho incrementa también el tamaño general del cartucho. Además, el uso del cartucho es relativamente complejo, puesto que la entrada y la salida del cartucho deben formarse en extremos opuestos del cartucho.
El documento US 4.471.689 describe otro cartucho que tiene una pared extrema de entrada con uno o más orificios de entrada de agua y un extremo de salida opuesto que tiene un orificio de salida localizado en el centro.
De acuerdo con ello, la presente invención proporciona un cartucho como se indica en la reivindicación 1.
Se comprende que por el término "cartucho" utilizado aquí se entiende cualquier paquete, envase, bolsa o receptáculo que contiene uno o más ingredientes de bebida de la manera descrita. El cartucho puede ser rígido, semi-rígido o flexible.
El cartucho de la presente invención contiene uno o más ingredientes de bebida adecuados para la formación de un producto de bebida. El producto de bebida puede ser, por ejemplo, un producto de café, té, chocolate o bebida láctea incluida leche. Los ingredientes de la bebida pueden estar en polvo, molidos, a base de hojas o liquido. Los ingredientes de la bebida pueden ser insolubles o solubles. Ejemplos incluyen café tostado o molido, hojas de té, sólidos de cacao en polvo y sopa, bebidas a base de leche líquida o zumos de frutas concentrados.
Se considera que la dirección radial del flujo en el compartimiento de almacenamiento conduce a un incremento de la eficiencia en la extracción de los ingredientes de la bebida a medida que el medio acuoso pasa a través de ellos.
Con preferencia, el cartucho está en forma de disco. De manera preferida, una entrada para la introducción del medio acuoso en el cartucho está localizada en o cerca de una periferia del cartucho. El colector circunferencial permite al medio entrar en el compartimiento que contiene los ingredientes de la bebida desde múltiples puntos al mismo tiempo y con preferencia en puntos equi-espaciados alrededor de la circunferencia del cartucho en forma de disco. Con preferencia, la pluralidad de entradas dirigidas hacia dentro están dirigidas radialmente hacia dentro. El cartucho puede comprender un orificio a través del cual se pueden llenar uno o más ingredientes de bebidas en la cámara de almacenamiento, siendo cerrado el orificio por medio de una tapa, donde la tapa es perforable en uso para permitir una afluencia de un medio acuoso en el cartucho y la tapa es perforable en uso para permitir una salida de bebida formada a partir de la interacción del medio acuoso y no o más ingredientes de bebidas en la cámara de almacenamiento.
El colector circunferencial está localizado con preferencia en una periferia del cartucho y en comunicación con la entrada. Por consiguiente, los ingredientes de la bebida se humedecen más rápidamente durante las etapas iniciales del ciclo operativo y, además, el medio acuoso se utiliza más eficientemente durante esta etapa de humidificación. Además, la longitud de la trayectoria de flujo a través del compartimiento es sustancialmente uniforme independientemente del orificio a través del cual el medio acuoso entra en el compartimiento. Se considera que esto conduce a mejorar la consistencia en la intensidad de la extracción y a un ciclo operativo más rápido. Además, la longitud de la trayectoria de flujo a través del compartimiento de reduce al mínimo para un volumen dado del compartimiento, en comparación con un cartucho rectangular. Esto da como resultado una reducción al mínimo de la contra presión desarrollada en el cartucho, puesto que las longitudes de las trayectorias de flujo son relativamente más cortas comparadas con una funda rectangular del mismo volumen y espesor.
Con preferencia, el colector circunferencial está localizado en una periferia del cartucho. Con preferencia, la pared comprende de 3 a 40 orificios. En una forma de realización, la pared comprende de 3 a 5 orificios. En otra forma de realización, la pared comprende de 35 a 40 de dichos orificios.
De manera ventajosa, cada orificio tiene un área de la sección transversal de 0,45 a 0,65 mm^{2}.
Con preferencia, el cartucho comprende una cámara de entrada en comunicación con el colector circunferencial. Con preferencia, la cámara de entrada se comunica con el colector circunferencial a través de una o más aberturas formadas en una pared de la cámara de entrada.
En una forma de realización, el cartucho comprende, además, un filtro dispuesto entre la cámara de almacenamiento y al menos una parte de una superficie inferior de una de una parte superior del cartucho; estando formados uno o más pasos entre el filtro y la parte superior del cartucho, cuyos uno o más pasos se comunican con la salida, de manera que una trayectoria de flujo de bebida que conecta la entrada a la salida pasa hacia arriba a través del filtro en uno o más pasos.
Con preferencia, el cartucho comprende un miembro exterior y un miembro interior unido conjuntamente con el miembro exterior, definiendo el miembro interior la salida del cartucho.
La entrada y/o la salida están cubiertas por un material sustancialmente impermeable al aire y al agua antes de la formación, en uso, de la entrada y/o la salida en el cartucho. Con preferencia, la entrada y/o la salida están cubiertas por un laminado sustancialmente impermeable al aire y al agua.
El miembro exterior y/o el miembro interior pueden estar formados de polietileno de alta densidad. El miembro exterior y/o el miembro interior pueden estar formados mediante moldeo por inyección.
Se proporcionan también una pluralidad de cartuchos, cada cartucho como se ha descrito anteriormente, donde el rendimiento porcentual de la bebida producida a partir de uno o más ingredientes de la bebida contenidos en los cartuchos es consistente dentro de desviaciones estándar de 1,0.
Los componentes del miembro interior y del miembro exterior se pueden esterilizar más fácilmente antes del montaje cuando están separados. Una vez que los componentes están montados por encaje elástico juntos, se crea un número de aberturas estrechas, trayectorias tortuosas, que no se pueden esterilizar efectivamente utilizando métodos conocidos. La capacidad para esterilizar los componentes es una característica particularmente ventajosa, donde los cartuchos se utilizan para dispensar bebidas a base de leche. Se puede utilizar una disposición de encaje elástico que proporciona un método rápido de montar, pero seguro de unión conjunta del miembro interior y el miembro exterior. Ventajosamente, la disposición de encaje elástico evita la necesidad de colas u otros adhesivos de este tipo en el interior del cartucho que estará expuesto a los ingredientes de la bebida.
Con preferencia, el miembro interior comprende una boquilla de descarga que define la salida. La boquilla de descarga sirve para dirigir la bebida descargada a un receptáculo, tal como una taza. La boquilla de descarga evita las salpicaduras excesivas o la pulverización de la bebida y es útil también para ajustar las características de flujo de la bebida cuando es transferida desde el cartucho hasta el receptáculo. Por ejemplo, la boquilla de descarga puede estar configurada para reducir el grado de turbulencia impartido a la bebida para evitar la reducción innecesaria en la calidad de burbujas contenidas en la bebida. También de manera ventajosa, el propio cartucho comprende la boquilla de descarga en lugar de proporcionar una boquilla de descarga separada en una máquina de preparación de bebida. Por lo tanto, no existe ningún peligro de contaminación cruzada de tipos de bebidas entre ciclos operativos, puesto que cada boquilla de descarga se utiliza una sola vez y luego se desecha con el resto del cartucho. Además, con preferencia, la bebida descargada a través de la boquilla de descarga no entrará en contacto con el mecanismo de salida de la máquina de preparación de la bebida, evitando de esta manera la contaminación de la máquina de preparación de la bebida, Con preferencia, la boquilla de descarga está integral con el miembro interior. De manera ventajosa, la boquilla de descarga y el miembro interior están moldeados o formados de otra manera como una unidad individual integral, que reduce el coste de fabricación del cartucho y reduce el número de componentes que requieren montaje.
En la descripción siguiente, los términos "superior" e "inferior" y equivalentes se utilizarán para describir las posiciones de relación de características de la invención. Los términos "superior" e "inferior" y equivalentes deberían entenderse con referencia al cartucho (u otros componentes) en su orientación normal para inserción en una máquina de preparación de bebida y la distribución siguiente, como se muestra por ejemplo en la figura 4. En particular, "superior" e "inferior" se refieren, respectivamente, a porciones relativas más próximas o más alejadas de una superficie superior 11 del cartucho. Además, los términos "interior" y "exterior" y equivalentes se utilizarán para describir la posición de relación de características de la invención. Los términos "interior" y "exterior" y equivalentes se utilizarán para describir la posición de relación de características de la invención. Los términos "interior" y "exterior" y equivalentes deberían entenderse con referencia a posiciones relativas en el cartucho (u otros componentes) que están, respectivamente, más cerca o más lejos de un eje central o mayor X del cartucho 1 (u otro
componente).
A continuación se describirán formas de realización de la presente invención, solamente a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:
La figura 1 es un dibujo de la sección transversal de un miembro exterior de primera y segunda formas de realización del cartucho de acuerdo con la presente invención.
La figura 2 es un dibujo de la sección transversal de un detalle el miembro exterior de la figura 1 que muestra una extensión cilíndrica dirigida hacia dentro.
La figura 3 es un dibujo de la sección transversal de un detalle del miembro exterior de la figura 1 que muestra una ranura.
La figura 4 es una vista en perspectiva desde arriba del miembro exterior de la figura 1.
La figura 5 es una vista en perspectiva desde arriba del miembro exterior de la figura 1 en una orientación invertida.
La figura 6 es una vista en planta desde arriba del miembro exterior de la figura 1.
La figura 7 es un dibujo de la sección transversal de un miembro interior de la primera forma de realización del cartucho.
La figura 8 es una vista en perspectiva desde arriba del miembro exterior de la figura 7.
La figura 9 es una vista en perspectiva desde arriba del miembro exterior de la figura 7 en una orientación invertida.
La figura 10 es una vista en planta desde arriba del miembro exterior de la figura 7.
La figura 11 es un dibujo de la sección transversal de la primera forma de realización del cartucho en una condición montada.
La figura 12 es un dibujo de la sección transversal de un miembro interior de la segunda forma de realización del cartucho.
La figura 13 es un dibujo de la sección transversal de un detalle del miembro interior de la figura 12 que muestra una abertura.
La figura 14 es una vista en perspectiva desde arriba del miembro exterior de la figura 12.
La figura 15 es una vista en perspectiva desde arriba del miembro exterior de la figura 12 en una orientación invertida.
La figura 16 es otro dibujo de la sección transversal del miembro interior de la figura 12.
La figura 17 es un dibujo de la sección transversal de otro detalle del miembro interior de la figura 12 que muestra una entrada de aire.
La figura 18 es un dibujo de la sección transversal de la segunda forma de realización del cartucho en una condición montada.
La figura 19 es un dibujo de la sección transversal de un miembro exterior de una tercera y cuarta formas de realización del cartucho de acuerdo con la presente invención.
La figura 20 es un dibujo de la sección transversal de un detalle del miembro exterior de la figura 19 que muestra una extensión cilíndrica dirigida hacia dentro.
La figura 21 es una vista en planta desde arriba del miembro exterior de la figura 19.
La figura 22 es una vista en perspectiva desde arriba del miembro exterior de la figura 19.
La figura 23 es una vista en perspectiva desde arriba del miembro exterior de la figura 19 en una orientación invertida.
La figura 24 es un dibujo de la sección transversal de un miembro interior de la tercera forma de realización del cartucho.
La figura 25 es una vista en planta desde arriba del miembro interior de la figura 24.
La figura 26 es una dibujo de la sección transversal de un detalle del miembro interior de la figura 24 que muestra un reborde superior vuelto hacia dentro.
La figura 27 es una vista en perspectiva desde arriba del miembro interior de la figura 24.
La figura 28 es una vista en perspectiva desde arriba del miembro interior de la figura 24 en una orientación invertida.
La figura 29 es un dibujo de la sección transversal de la tercera forma de realización del cartucho en una condición montada.
La figura 30 es un dibujo de la sección transversal de un miembro interior de la cuarta forma de realización del cartucho.
La figura 31 es una vista en planta desde arriba del miembro interior de la figura 30.
La figura 32 es una vista en perspectiva desde arriba del miembro interior de la figura 30.
La figura 33 es una vista en perspectiva desde arriba del miembro interior de la figura 30 en una orientación invertida.
La figura 34 es un dibujo de la sección transversal de la cuarta forma de realización del cartucho en una condición montada.
La figura 35a es un grafo de concentración frente al tiempo del ciclo operativo.
La figura 35b es un grafo de la formación de espuma frente al tiempo del ciclo operativo; y
La figura 35c es un grafo de la temperatura frente al tiempo del ciclo operativo.
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Como se muestra en la figura 11, el cartucho 1 de la presente invención comprende, en general, un miembro exterior 2, un miembro interior 3 y un laminado 5. El miembro exterior 2, el miembro interior 3 y el laminado se montan para formar el cartucho 11 que tiene un interior 120 para contener uno o más ingredientes de bebida, una entrada 121, una salida 122 y una trayectoria de flujo de bebida que conecta la entrada 121 a la salida 122 y que pasa a través del interior 120. La entrada 121 y la salida 122 están inicialmente selladas por el laminado 5 y se abren en uso perforando o cortando el laminado 5. La trayectoria de flujo de la bebida se define por inter-relaciones entre el miembro exterior 2, el miembro interior 3 y el laminado 5, como se describe a continuación. Otros componentes se pueden incluir opcionalmente en el cartucho 1, tales como un filtro 4, como se describirá más
adelante.
Una primera versión del cartucho, que se describirá, se muestra en las figuras 1 a 11. La primera versión del cartucho 1 está diseñada particularmente para uso en la distribución de productos filtrados, tales como café tostado o café molido u hojas de té. No obstante, esta versión del cartucho 1 y las otras versiones descritas a continuación se pueden utilizar con otros productos, tales como chocolate, café, té, edulcorantes, licores, condimentos, bebidas alcohólicas, leche con aroma, zumos de frutas, zumos naturales, salsas y postres.
Como se puede ver a partir de la figura 5, la forma general del cartucho 1 es generalmente circular o en forma de disco con el diámetro del cartucho 1 significativamente mayor que su altura. Un eje principal X pasa a través del centro del miembro exterior, como se muestra en la figura 1. Típicamente, el diámetro total del miembro exterior es de 2 a 74,5 mm \pm 6 mm y la altura total es 16 mm \pm 3 mm. Típicamente, el volumen del cartucho 1 cuando está montado tiene 30,2 ml \pm 20%.
El miembro exterior 2 comprende generalmente una cubierta 10 en forma de copa que tiene una pared anular curvada 13, una parte superior 11 cerrada y una parte inferior 12 abierta, que resulta un ensanchamiento de la pared anular 13 a medida que se extiende desde la parte superior 11 cerrada hasta la parte inferior 12 abierta. La pared anular 13 y la parte inferior 11 cerrada definen juntas un receptáculo que tiene un interior 34.
Una extensión cilíndrica hueca 18 dirigida hacia dentro está prevista en la parte superior 11 cerradas centradas sobre el eje mayor X. Como se muestra más claramente en la figura 2, la extensión cilíndrica 18 comprende un perfil escalonado que tiene primera, segunda y tercera porciones 19, 20 y 21. La primera porción 19 es cilíndrica circular recta. La segunda porción 20 es de forma frusto-cónica y estrechada cónicamente hacia dentro. La tercera porción 21 es otro cilindro circular recto y está cerrada por una superficie inferior 31. El diámetro de la primera, segunda y tercera porción 19, 20 y 21 se reduce incrementalmente, de tal manera que el diámetro de la extensión cilíndrica 18 se reduce a medida que atraviesa desde la parte superior 11 hasta la superficie inferior 31 cerrada de la extensión cilíndrica 18. Un saliente 32 generalmente horizontal está formado sobre la extensión cilíndrica 18 en la unión entre la segunda y la tercera porción 20 y 21.
Un saliente 33 que se extiende hacia fuera está formado en el miembro exterior 2 hacia la parte inferior 12. El saliente 33 que se extiende hacia fuera forma una pared secundaria 15 coaxial con la pared anular 13, para definir una pista anular que forma un colector 16 entre la pared secundaria 15 y la pared anular 13. El colector 16 pasa alrededor de la circunferencia del miembro exterior 2. Una serie de ranuras 17 están previstas en la pared anular 13 a nivel con el colector 16 para proporcionar comunicación de gas y de líquido entre el colector 16 y el interior 34 del miembro exterior 2. Como se muestra en la figura 3, las ranuras 17 comprenden muescas verticales en la pared anular 13. Están previstas entre 20 y 40 ranuras. En la forma de realización mostrada están previstas treinta y siete ranuras 17 generalmente equi-espaciadas alrededor de la circunferencia del colector 16. Las ranuras 17 tienen una longitud preferida entre 1,4 y 1,8 mm. Típicamente, la longitud de cada ranura es 1,6 mm, lo que representa el 10% de la altura total del miembro exterior 2. La anchura de cada ranura está entre 0,25 y 0,35 mm. Típicamente, la anchura de cada ranura es 0,3 mm. La anchura de las ranuras 17 es suficientemente estrecha para prevenir que los ingredientes de la bebida pasen a través de ellas dentro del colector 16 ya sea durante el almacenamiento o en uso.
Una cámara de entrada 26 está formada en el miembro exterior 2 en la periferia del miembro exterior 2. Está prevista una pared cilíndrica 27, como se muestra más claramente en la figura 5, que define la cámara interior 26 en el interior, y divide la cámara de entrada 26 desde el interior 34 del miembro exterior 2. La pared cilíndrica 27 tiene una superficie superior 28 cerrada que está formada sobre un plano perpendicular al eje mayor X y un extremo inferior 29 abierto co-planar con la parte inferior 12 del miembro exterior 2. La cámara interior 26 se comunica con el colector 16 a través de dos ranuras 30, como se muestra en la figura 1. Alternativamente, se pueden utilizar entre una y cuatro ranuras para comunicación entre el colector 16 y la cámara de entrada 26.
Un extremo inferior del saliente 33 que se extiende hacia fuera está provisto con una pestaña 35 que se extiende hacia fuera que se extiende perpendicularmente al eje mayor X. Típicamente, la pestaña 35 tiene una anchura entre 2 y 4 mm. Una porción de la pestaña 35 está alargada para formar una manivela 24, por la que se puede agarrar el miembro exterior 2. La manivela 24 está provista con un reborde vuelto hacia arriba para mejorar el agarre.
El miembro exterior 2 está formado como una sola pieza integral a partir de polietileno de alta densidad, polipropileno, poliestireno, poliéster, o un laminado de dos o más de estos materiales. Un polipropileno adecuado es el rango de polímeros disponibles de DSM UK Limited (Redditch, Reino Unido). El miembro exterior puede ser opaco, transparente o traslúcido. El proceso de fabricación puede ser moldeo por inyección.
El miembro interior 3 como se muestra en las figuras 7 a 10 comprende un bastidor anular 41 y un conducto cilíndrico 40 que se extiende hacia abajo. Un eje mayor X pasa a través del centro del miembro interior 3, como se muestra en la figura 7.
Como se muestra mejor en la figura 8, el bastidor anular 41 comprende un reborde exterior 51 y un cubo interior 52 unidos por diez radios radiales 53 equi-espaciados. El cubo interior 52 está integral y se extiende desde el conducto cilíndrico 40. Unas aberturas de filtración 55 están formadas en el bastidor anular 41 entre los radios radiales 53. Un filtro 4 está dispuesto sobre el bastidor anular 41 para cubrir las aberturas de filtración 55. El filtro está realizado con preferencia de un material con una alta resistencia humedad, por ejemplo un material de fibras no tejidas de poliéster. Otros materiales que se pueden utilizar incluyen un material celulósico impermeable al agua, tal como un material celulósico que comprende fibras de papel tejidas. Las fibras de papel tejidas se pueden mezclar con fibras de polipropileno, cloruro de polivinilo y/o polietileno. La incorporación de estos materiales plásticos en el material celulósico convierte al material celulósico en termo-sellable. El filtro 4 puede ser tratado o revestido también con un material que es activado por calor y/o presión, de manera que se puede sellar al bastidor anular 41 de esta manera.
Como se muestra en el perfil de la sección transversal de la figura 7, el cubo interior 52 está localizado en una porción más baja que el reborde exterior 51, resultando el bastidor anular 41 que tiene un perfil inferior en pendiente.
La superficie superior de cada radio 53 está provista con un alma vertical 54 que divide un espacio vacío por encima del bastidor anular 41 en una pluralidad de pasos 57. Cada paso 57 está unido sobre cada lado por un alma 54 y sobre una cara inferior por el filtro 4. Los pasos 57 se extienden desde el reborde exterior 51 hacia abajo, y se abren dentro del conducto cilíndrico 40 en orificios 56 definidos por los extremos interiores de las almas 54.
El conducto cilíndrico 40 comprende un tubo exterior 42 que rodea una boquilla interior de descarga 43. El tubo exterior 42 forma el exterior del conducto cilíndrico 40. La boquilla de descarga 43 está unida al tubo exterior 42 en un extremo superior de la boquilla de descarga 43 por medio de una pestaña anular 47. La boquilla de descarga 43 comprende una entrada 45 en un extremo superior que se comunica con los orificios 56 de los pasos 57 y una salida 44 en un extremo inferior a través de la cual se descarga la bebida preparada en una copa u otro receptáculo. La boquilla de descarga 43 comprende una porción fruto-cónica 48 en un extremo superior u una porción cilíndrica 58 en un extremo inferior. La porción cilíndrica 58 puede tener un cono ligero, de tal manera que se estrecha hacia la salida 44. La porción frusto-cónica 48 ayuda a canalizar la bebida desde los pasos 57 hacia abajo hacia la salida 44 sin inducir turbulencia a la bebida. Las almas de soporte 49 definen canales 50 entre ellas. Los bordes superiores de las almas de soporte 49 están niveladas entre sí y perpendiculares al eje mayor X.
El miembro interior 3 puede estar formado como una pieza individual integral de polipropileno o un material similar como se ha descrito anteriormente y mediante moldeo por inyección de la misma manera que el miembro exterior 2.
Alternativamente, el miembro interior 3 y/o el miembro exterior 2 pueden estar fabricados de un polímero biodegradable. Ejemplos de materiales adecuados incluyen polietileno degradable (por ejemplo, SPITEK suministrado por Symphony Environmental, Borehamwood, Reino Unido), amida de poliéster biodegradable (por ejemplo, BAK 1095 suministrado por Symphony Environmental), ácido polilácticos (PLA suministrado por Carril, Minnesota, USA), polímeros a base de almidón, derivados de celulosa y polipéptidos.
El laminado 5 está formado de dos capas, una primera capa de aluminio y una segunda capa de polipropileno fundido. La capa de aluminio tiene entre 0,02 y 0,07 mm de espesor. La capa de polipropileno fundido tiene entre 0,025 y 0,065 mm de espesor. En una forma de realización, la capa de aluminio tiene 0,06 mm y la capa de polipropileno tiene 0,025 mm de espesor. Este laminado es particularmente ventajoso, puesto que tiene una alta resistencia a la ondulación durante el montaje. Como resultado, el laminado 5 puede estar pre-cortado al tamaño y forma correctos y transferido posteriormente a la estación de montaje en la línea de producción sin someterlo a distorsión. Por consiguiente, el laminado 5 está particularmente bien adecuado para soldar. Se pueden utilizar otros materiales de laminado que incluyen laminados PET/Aluminio/PP, PE/EVOH/PP, PET/metalizado/PP y aluminio/PP. Se puede utilizar laminado en rollos en lugar de material cortado con troquel.
El cartucho 1 se puede cerrar por una tapa rígida o semi-rígida de un laminado flexible.
El montaje del cartucho 1 implica las siguientes etapas:
a)
el miembro interior 3 se inserta en el miembro exterior 2;
b)
el filtro 4 se corta a la forma y se coloca sobre el miembro interior 3 para ser recibido sobre el conducto cilíndrico 40 y apoyarse contra el bastidor anular 41;
c)
el cartucho 1 se llena con uno o más ingredientes de bebida;
d)
el laminado 5 se fija al miembro exterior 2.
Estas etapas se describirán a continuación con más detalle.
El miembro exterior 2 está orientado con la parte interior 12 abierta dirigida hacia arriba. El miembro interior 3 es insertado entonces en el miembro exterior 2 con el reborde exterior 51 recibido como un ajuste flojo en una extensión axial 14 en la parte superior 11 del cartucho 1. La extensión cilíndrica 18 del miembro exterior 2 es recibida al mismo tiempo en la porción superior del conducto cilíndrico 40 del miembro interior 3. La tercera porción 21 de la extensión cilíndrica 18 está asentada dentro del conducto cilíndrico 40 con a cara inferior cerrada 31 de la extensión cilíndrica 18 apoyada contra las almas de soporte 49 del miembro interior 3. El filtro 4 se coloca entonces sobre el miembro interior 3, de tal manera que el material del filtro contacta con el reborde anular 51. Entonces se utiliza un proceso de soldadura ultrasónica para unir el filtro 4 al miembro interior 3 y al mismo tiempo y en la misma etapa del proceso, el miembro interior 3 al miembro exterior 2. El miembro interior 3 y el filtro 4 se sueldan alrededor del reborde exterior 51. El miembro interior 3 y el miembro exterior 2 se unen por medio de líneas de soldadura alrededor del reborde exterior 51 u también alrededor de los bordes superiores de las almas 54.
Como se muestra más claramente en la figura 11, el miembro exterior 2 y el miembro interior 3 cuando se unen juntos definen un espacio hueco 130 en el interior 120 debajo de la pestaña anular 41 y en el exterior del conducto cilíndrico 40 que forma una cámara de filtración. La cámara de filtración 130 y los pasos 57 por encima del bastidor anular 41 están separados por el papel de filtro 4.
La cámara de filtración 130 contiene uno o más ingredientes de bebida 200. Uno o más ingredientes están empaquetados en la cámara de filtración 130. Para una bebida de estilo filtrado, el ingrediente es típicamente café tostado o café molido u hojas de té. La densidad de empaquetado de los ingredientes de la bebida en la cámara de filtración 130 se puede variar, como se desee. Típicamente, para un producto de café filtrado, la cámara de filtración contiene entre 5,0 y 10,2 gramos de café tostado y molido en un lecho de filtración típicamente de 5 a 14 mm de espesor. Opcionalmente, el interior 120 puede contener uno o más cuerpos, tales como esferas, que se pueden mover libremente en el interior 120 para contribuir a la mezcla induciendo turbulencia y fragmentando los depósitos de ingredientes de bebidas durante la descarga de la bebida.
El laminado 5 se fija entonces al miembro exterior 2 formando una soldadura 126 alrededor de la periferia del laminado 5 para unir el laminado 5 a la superficie inferior de la pestaña 35 que se extiende hacia fuera. La soldadura 126 se extiende para sellar el laminado 5 contra el borde inferior de la pared cilíndrica 27 de la cámara de entrada 26. Además, una soldadura 15 está formada entre el laminado 5 y el borde inferior del tubo exterior 42 del conducto cilíndrico 40. El laminado 5 forma la pared inferior de la cámara de filtración 130 y sella también la cámara de entrada 26 y el conducto cilíndrico 40. No obstante, existe un intersticio pequeño 123 antes de la dispensación entre el laminado 5 y el borde inferior de la boquilla de descarga 43. Se puede utilizar una variedad de métodos de soldadura, tal como soldadura térmica y soldadura ultrasónica, en función de las características del material del laminado 5.
De manera ventajosa, el miembro interior 3 se extiende entre el miembro exterior 2 y el laminado 5. El miembro interior 3 está formado de un material de rigidez relativa, tal como polipropileno. Como tal, el miembro interior 3 forma un miembro de soporte de carga que actúa para mantener el laminado 5 y el miembro exterior 2 espaciados cuando se comprime el cartucho 1. Se prefiere que el cartucho 1 esté sometido a una carga de compresión entre 130 y 280N en uso. La fuerza de compresión actúa para prevenir que el cartucho caiga bajo presurización interior y sirve también para aplastar el miembro interior 3 y el miembro exterior 2 juntos. Esto asegura que las dimensiones internas de los pasos y aberturas en el cartucho 1 sean fijas y no se pueden cambiar durante la presurización del cartucho 1.
Para usar el cartucho 1, se inserta en primer lugar en una máquina de preparación de bebida y se abren la entrada 121 y la salida 122 perforando miembros de la máquina de preparación de la bebida que perforan y pliegan hacia atrás el laminado 5. Un medio acuoso, típicamente agua, bajo presión entra en el cartucho 1 a través de la entrada 121 en el interior de la cámara de entrada 26 a una presión entre 0,1 y 2,0 bares. Desde aquí el agua es dirigida para fluir a través de las ranuras 30 y alrededor del colector 16 y dentro de la cámara de filtración 130 del cartucho 1 a través de la pluralidad de ranuras 17. El agua es forzada radialmente hacia dentro a través de la cámara de filtración 130 y se mezcla con los ingredientes 200 de la bebida contenidos en el interior. El agua es forzada al mismo tiempo hacia arriba a través de los ingredientes de la bebida. La bebida formada por el paso del agua a través de los ingredientes de la bebida pasa a través del filtro 4 y los orificios de filtración 55 hasta los pasos 57 que se encuentran por encima del bastidor anular 41. El sellado del filtro 4 sobre los radios 53 y la soldadura del reborde 51 con el miembro exterior 2 asegura que no existen corto-circuitos y toda la bebida ha de pasar a través del filtro 4.
La bebida fluye entonces hacia abajo a lo largo de los pasos radiales 57 formados entre las almas 54 y a través de los orificios 56 y dentro del conducto cilíndrico 40. La bebida pasa a lo largo de los canales 50 entre las almas de soporte 47 y hacia abajo por la boquilla de descarga 43 hasta la salida 44, donde la bebida es descargada dentro de un receptáculo tal como una copa.
Con preferencia, la máquina de preparación de la bebida comprende una instalación de purga de aire, donde el aire comprimido es forzado a través del cartucho 1 al final del ciclo operativo para descargar la bebida restante en el receptáculo.
Una segunda versión del cartucho 1 se muestra en las figuras 12 a 18. La segunda versión del cartucho 1 está diseñada particularmente para uso en la dispensación de productos de estilo espresso, tal como café tostado y café molido, donde es deseable producir una bebida que tiene una espuma de burbujas finas, tal como una crema. Muchas de las características de la segunda versión del cartucho 1 son las mismas que en la primera versión y se han utilizado los mismos números para referir las mismas características. En la descripción siguiente, se describirán las diferencias entre la primera y segunda versiones. Las características comunes que funcionan de la misma manera no se describirán en detalle.
El miembro exterior 2 es de la misma construcción que en la primera versión del cartucho 1 y como se muestra en las figuras 1 a 6.
El bastidor anular 41 del miembro interior 3 es el mismo que en la primera versión. Además, un filtro 4 está dispuesto sobre el bastidor anular 41 para cubrir los orificios de filtración 55. El tubo exterior 42 del conducto cilíndrico 40 es también como anteriormente. No obstante, existe un número de diferencias en la construcción del miembro interior 2 de la segunda versión comparada con la primera versión. Como se muestra en la figura 16, la boquilla de descarga 43 está provista con una división 65 que se extiende, en parte, fuera de la boquilla de descarga 43 desde la salida 44. La división 65 ayuda a prevenir la pulverización y/o las salpicaduras de la bebida cuando sale por la boquilla de descarga 43. El perfil de la boquilla de descarga 43 es también diferente y comprende un perfil escalonado con una pata de perro 66 distinta cerca de un extremo superior del tubo 43.
Un reborde 67 está previsto de manera que se eleva desde la pestaña anular 47 uniendo el tubo exterior 42 a la boquilla de descarga 43. El reborde 67 rodea la entrada 45 a la boquilla de descarga 43 y define un canal anular 69 entre el reborde 67 y la porción superior del tubo exterior 42. El reborde 67 está provisto con un saliente 68 dirigido hacia dentro, En un punto alrededor de la circunferencia del reborde 67 está prevista una abertura 70 en forma de una ranura que se extiende desde un borde superior del reborde 67 hasta un punto marginalmente por debajo del nivel del saliente 68 como se muestra más claramente en las figuras 12 y 13. La ranura tiene una anchura de 0,64 mm.
Una entrada de aire 71 está prevista en la pestaña anular 47 alineada circunferencialmente con la abertura 70 como se muestra en las figuras 16 y 17. La entada de aire 71 comprende una abertura que pasa a través de la pestaña 47 para proporcionar comunicación entre un punto por encima de la pestaña 47 y el espacio hueco por debajo de la pestaña 47 entre el tubo exterior 42 y la boquilla de descarga 43. Con preferencia, y como se muestra, la entrada de aire 71 comprende una porción frusto-cónica superior 73 y una porción cilíndrica inferior 72. La entrada de aire 71 está formada típicamente por un útil de moldeo, tal como un pasador. El perfil cónico de la entrada de aire 71 permite al útil de moldeo la retirada más fácil desde el componente moldeado. La pared del tubo exterior 42 en la proximidad de la entrada de aire 71 está configurada para formar una rampa 75 que conduce desde la entrada de aire 71 hasta la entrada 45 de la boquilla de descarga 43. Como se muestra en la figura 17, un saliente biselado 74 está formado entre la entrada de aire 71 y la rampa 75 para asegurar que el chorro de bebida que sale desde la ranura 70 no incide inmediatamente sobre la superficie superior de la pestaña 47 en la proximidad inmediata de la entrada de
aire 71.
El procedimiento de montaje para la segunda versión del cartucho 1 es similar al montaje de la primera versión. Sin embargo, existen ciertas diferencias. Como se muestra en la figura 18, la tercera porción 21 de la extensión cilíndrica 18 se asienta dentro del reborde de soporte 67 en lugar de contra las almas de soporte. El saliente 32 de la extensión cilíndrica 18 entre la segunda porción 20 y la tercera porción 21 se apoya contra el borde superior del reborde de soporte 67 del miembro interior 3.Una zona de interfaz 124 está formada de esta manera entre el miembro interior 3 y el miembro exterior 2 que comprende una junta de sellado frontal entre la extensión cilíndrica 18 y el reborde de soporte 67 que se extiende alrededor de la casi totalidad de la circunferencia del cartucho 1. El sellado entre la extensión cilíndrica 18 y el reborde de soporte 67 no es hermético a fluido, puesto que la ranura 70 en el reborde de soporte 67 se extiende a través del reborde de soporte 67 y hacia abajo hasta un punto marginalmente por debajo del saliente 68. Por consiguiente, el ajuste de interferencia entre la extensión cilíndrica 18 y el reborde de soporte 67 transforma la ranura 70 en una abertura 128, como se muestra más claramente en la figura 18, proporcionando comunicación de gas y líquido entre el canal anular 69 y la boquilla de descarga 43. La abertura tiene típicamente 0,64 mm de anchura por 0,69 mm de largo.
El funcionamiento de la segunda versión del cartucho 1 para dispensar una bebida es similar al funcionamiento de la primera versión, pero con ciertas diferencias, como anteriormente, el flujo de bebida en el interior de la cámara de filtración 130 comprende un componente radial desde las ranuras de entrada 17 en la periferia del cartucho 1 hasta la boquilla de descarga 43 en el centro del cartucho 1. La bebida e los pasos radiales 57 fluye hacia abajo a lo largo de los pasos 57 entre las almas 54 y a través de los orificios 56 y dentro del canal anular 69 del conducto cilíndrico 40. Desde el canal anular 69 la bebida es forzada bajo presión a través de la abertura 128 por la contra presión de la bebida que se acumula en la cámara de filtración 130 y los pasos 57. La bebida es forzada de esta manera a través de la abertura 128 como un chorro y dentro de una cámara de expansión formada por el extremo superior de la boquilla de descarga 43. Como se muestra en la figura 18, el chorro de bebida pasa directamente sobre la entrada de aire 71. A medida que la bebida entra en la boquilla de descarga 43, la presión del chorro de bebida cae. Como resultado, el aire es arrastrado dentro de la corriente de bebida en forma de una multitud de burbujas de aire pequeñas a medida que el aire es aspirado a través de la entrada de aire 71. El chorro de bebida que sale desde la abertura 128 es canalizado hacia abajo hacia la salida 44 donde la bebida es descargada en un receptáculo, tal como una copa, donde las burbujas de aire forman la crema deseada. Por lo tanto, la abertura 128 y la entrada de aire 71 juntas forman un eductor que actúa para arrastrar aire dentro de la bebida. El flujo de bebida en el eductor debería mantenerse lo más uniforme posible para reducir pérdidas de presión. De manera ventajosa, las paredes del eductor deberían realizarse cóncavas para reducir pérdidas debidas a la fricción del "efecto de pared". La tolerancia dimensional de la abertura 128 es pequeña. Con preferencia, el tamaño de la abertura está fijado más o menos 0,02 mm^{2}. Pelos, fibrillas u otras irregularidades superficiales se pueden proporcionar dentro o en la salida del eductor para incrementar el área de la sección trasversal efectiva, que se ha encontrado que incrementa el grado de arrastre del aire.
Una tercera versión del cartucho 1 se muestra en las figuras 19 a 29. La tercera versión del cartucho 1 está diseñada particularmente para uso en la dispensación de productos solubles que pueden estar en forma de polvo, de líquido, de jarabe, de gel o en forma similar. El producto soluble está disuelto o forma una suspensión en un medio acuoso, tal como agua cuando se pasa el medio acuoso, en uso, a través del cartucho 1. Ejemplos de bebidas incluyen chocolate, café, leche, té, sopa u otros productos rehidratables o solubles acuosos. Muchas de las características de la tercera visión del cartucho 1 son las mismas que en las versiones anteriores y se han utilizado los mismos números para referenciar las mismas características. En la descripción siguiente se describirán diferencias entre la tercera versión y versiones anteriores. Las características comunes que funcionan de la misma manea no se describirán en
detalle.
Comparado con el miembro exterior 2 de las versiones anteriores, la extensión cilíndrica hueca 18 dirigida hacia dentro del miembro exterior 2 de la tercera versión tiene un diámetro general mayor como se muestra en la figura 20. En particular, el diámetro de la primera porción 19 está típicamente entre 16 y 18 mm comparado con 13,2 mm para el miembro exterior 2 de las versiones anteriores. Además, la primera porción 19 está provista con una superficie exterior convexa 19a, o fuelle, como se muestra más claramente en la figura 20, cuya función se describirá a continuación. Los diámetros de las terceras porciones 21 de los cartuchos 1 son, sin embargo, los mismos que dan como resultado el área del saliente 32 que es mayor en esta tercera versión del cartucho 1. Típicamente, el volumen del cartucho 1 cuando está montado tiene 32,5 ml \pm 20%.
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El número y posicionamiento de las ranuras en el extremo inferior de la pared anular son también diferentes. Están previstas entre 3 y 5 ranuras. En la forma de realización mostrada en la figura 23 están previstas cuatro ranuras 36 equi-espaciadas alrededor de la circunferencia del colector 16. Las ranuras 36 son ligeramente más anchas que en las versiones anteriores del cartucho 1 que está entre 0,35 y 0, 465 mm, con preferencia 0,4 mm de ancho.
En otros aspectos, los miembros exteriores 2 de los cartuchos 1 son los mismos.
La construcción del conducto cilíndrico 40 del miembro interior 3 es la misma que en la primera versión del cartucho 1, estando previstos un tubo exterior 42, una boquilla de descarga 45, una pestaña anular 47 y almas de soporte 49. La única diferencia es que la boquilla de descarga 45 está configurada con una sección frusto-cónica superior 92 y una sección cilíndrica inferior 93.
En contraste con las versiones anteriores y como se muestra en las figuras 24 a 28, el bastidor anular 41 está sustituido por una porción de faldilla 80 que rodea el conducto cilíndrico 40 y está unida allí por medio de ocho puntales radiales 87 que unen el conducto cilíndrico 40 en o cerca de la pestaña anular 47. Una extensión cilíndrica 81 de la porción de faldilla 80 se extiende hacia arriba desde los puntales 87 para definir una cámara 90 con una cara superior abierta. Un reborde superior 91 de la extensión cilíndrica 81 tiene un perfil vuelto hacia dentro, como se muestra en la figura 26. Una pared anular 82 de la porción de faldilla 80 se extiende hacia abajo desde los pilares 87 para definir el canal anular 86 entre la porción de faldilla 80 y el tubo exterior 42.
La pared anular 82 comprende en un extremo inferior una pestaña exterior 83 que descansa perpendicularmente al eje mayor X. Un reborde 84 cuelga hacia abajo desde una superficie inferior de la pestaña 83 y contiene cinco aberturas 85 que están equi-espaciados circunferencialmente. Por lo tanto, el reborde 84 está provisto con un perfil inferior almenado.
Las aberturas 89 están previstas entre los pilares 87 que permiten la comunicación entre la cámara 90 y el canal anular 86.
El procedimiento de montaje para la tercera versión 1 es similar al montaje de la primera versión, pero con ciertas diferencias. El miembro exterior 2 y el miembro interior 3 se montan a presión juntos, como se muestra en la figura 29 y están retenidos por medio de una disposición de ajuste elástico en lugar de estar soldados juntos. Después de la unión de los dos miembros, la extensión cilíndrica 18 dirigida hacia dentro es recibida dentro de la extensión cilíndrica superior 81 de la porción de faldilla 80. El miembro interior 3 es retenido en el miembro exterior 2 por interacoplamiento de fricción de la superficie exterior convexa 19a de la primera porción 19 de la extensión cilíndrica 18 con el reborde 91 vuelto hacia dentro de la extensión cilíndrica superior 81. Con el miembro interior 3 localizado en el miembro exterior 2, se define una cámara de mezcla 134 localizada en el exterior de la porción de faldilla 80. La cámara de mezcla 134 contiene los ingredientes 200 de la bebida antes de la dispensación. Debería indicarse que las cuatro entradas 36 y las cinco aberturas 85 están escalonadas circunferencialmente unas con respecto a las otras. La localización radial de las dos partes relativamente entre sí no tiene que determinarse o fijarse durante el montaje, puesto que el uso de cuatro entradas 36 y cinco aberturas 85 asegura que se produzca desalineación entre las entradas y aberturas, cualquiera que sea la posición de rotación relativa de los componentes.
Uno o más ingredientes de la bebida están empaquetados en la cámara de mezcla 134 del cartucho. La densidad del empaquetado de los ingredientes de la bebida en la cámara de mezcla 134 se puede variar como se desee.
El laminado 5 se fija entonces al miembro exterior 2 y al mismo interior 3 de la misma manera que se ha descrito anteriormente en las versiones anteriores.
En uso, el agua entra en la cámara de mezcla 134 a través de las cuatro ranuras 36 de la misma manera que en las versiones anteriores del cartucho. El agua es forzada radialmente hacia dentro a través de la cámara de mezcla y se mezcla con los ingredientes de la bebida contenidos allí. El producto es disuelto o mezclado en el agua y forma la bebida en la cámara de mezcla 134 y es accionado entonces a través de las aberturas 85 en el canal anular 86 por el contrario presión de la bebida y agua en la cámara de mezcla 134. El escalonamiento circunferencial de las cuatro ranuras de entrada 36 y las cinco aberturas 85 asegura que los chorros de agua no son capaces de pasar radialmente directamente desde las ranuras de entrada 36 hasta las aberturas 85 sin circular en primer lugar dentro de la cámara de mezcla 134. De esta manera, el grado y la consistencia de la disolución o mezcla del producto se incrementan en una medida significativa. La bebida es forzada hacia arriba en el canal anular 86, a través de las aberturas 89 entre los pilares 87 y en la cámara 90. La bebida pasa desde la cámara 90 a través de las entradas 45 entre las almas de soporte 49 en la boquilla de descarga 43 y hacia la salida 44 donde la bebida es descargada en un receptáculo, tal como una copa. El cartucho encuentra aplicación particular con ingredientes de bebidas en forma de líquidos viscosos o geles. En una aplicación, un ingrediente de chocolate líquido está contenido en el cartucho 1 con una viscosidad entre 1700 y 3900 mPa a temperatura ambiente y entre 5000 y 1000 mPa a 0ºC y un sólido refractario de 67 Brix \pm 3. En otra aplicación, café líquido está contenido en el cartucho 1 con una viscosidad entre 70 y 2000 mPa a temperatura ambiente y entre 80 y 5000 mPa a 0ºC, donde el café tiene un contenido total de sólidos entre 40 y 70%.
Una cuarta versión del cartucho 1 se muestra en las figuras 30 a 34. La cuarta versión del cartucho 1 está diseñada particularmente para uso en la dispensación de productos líquidos, tales como leche líquida concentrada. Muchas de las características de la cuarta versión del cartucho 1 son las mismas que en las versiones anteriores y se han utilizado los mismos números para referenciar las mismas características. En la descripción siguiente se describirán las diferencias entre la cuarta versión y las versiones anteriores. Las características comunes que funcionan de la misma manera no se describirán en detalle.
El miembro exterior 2 es el mismo que en la tercera versión del cartucho 1 y como se muestra en las figuras 19 a 23.
El conducto cilíndrico 40 del miembro interior 3 es similar al mostrado en la segunda versión del cartucho 1, pero con ciertas diferencias. Como se muestra en la figura 30, la boquilla de descarga 43 está configurada con una sección frusto-cónica superior 106 y una sección cilíndrica inferior 107. Tres nervaduras axiales 105 están previstas sobre la superficie interior de la boquilla de descarga 43 para dirigir la bebida dispensada hacia abajo hacia la salida 44 y prevenir que la bebida descargada gire dentro de la boquilla. Por consiguiente, las nervaduras 105 actúan como deflectores. Como en la segunda versión del cartucho 1, una entrada de aire 71 está prevista a través de la pestaña anular 47. No obstante, la rampa 75 debajo de la entrada de aire 71 es más alargada que en la segunda
versión.
Una porción de faldilla 80 está prevista similar a la mostrada en la tercera versión del cartucho 1 descrito anteriormente. Entre 5 y 12 aberturas 85 están previstas en el reborde 84. Típicamente, diez aberturas están previstas en lugar de las cinco previstas en la tercera versión del cartucho 1.
Está previsto un recipiente anular 100 que se extiende desde y está integral con la pestaña 82 de la porción de faldilla 80. El recipiente anular 100 comprende un cuerpo ensanchado 101 con una boquilla superior 104 abierta que está dirigida hacia arriba. Cuatro aberturas de alimentación 103 mostradas en las figuras 30 y 31 están localizadas en el cuerpo 101 en o cerca del extremo inferior del recipiente 100, donde se une con la porción de faldilla 80. Con preferencia, las aberturas de alimentación están equi-espaciadas alrededor de la circunferencia del recipiente 100.
El laminado 5 es del tipo descrito anteriormente en las formas de realización anteriores.
El procedimiento de montaje de la cuarta versión del cartucho 1 es el mismo que para la tercera versión.
El funcionamiento de la cuarta versión del cartucho es similar al de la tercera versión. El agua entra en el cartucho 1 y en la cámara de mezcla 134 de la misma manera que anteriormente. Allí el agua se mezcla y se diluye con el producto líquido que es forzado entonces hacia fuera por debajo del recipiente 100 y a través de las aberturas 85 hacia la salida 44, como se ha descrito anteriormente. La proporción del producto líquido contenido inicialmente dentro del recipiente anular 100 como se muestra en la figura 34 no está sometida a dilución inmediata por el agua que entra en la cámara de mezcla 134. En su lugar, el producto líquido diluido en la parte inferior de la cámara de mezcla 134 tenderá a salir a través de las aberturas 85 en lugar de ser forzado hacia arriba y dentro del recipiente anular 100 a través de la boca superior 104. Por consiguiente, el producto líquido en el recipiente anular 100 permanecerá relativamente concentrado durante la fase inicial del ciclo de funcionamiento comparado con el producto en la parte inferior de la cámara de mezcla 134. El producto líquido en el recipiente anular 100 gotea a través de las aberturas de alimentación 103 por gravedad en la corriente de producto que sale de la cámara de mezcla 134 a través de las aberturas 85 y debajo del recipiente 100. El recipiente anular 100 actúa para igualar la concentración del producto líquido diluido que entra en el conducto cilíndrico 40 reteniendo una proporción del producto líquido concentrado y liberándolo dentro de la trayectoria de la corriente de líquido saliente constantemente a través del ciclo de funcionamiento, como se ilustra en la figura 35a, donde la concentración de la leche medida como un porcentaje de los sólidos totales presentes se muestra durante un ciclo operativo de aproximadamente 15 segundos. La línea "a" ilustra el perfil de concentración con el recipiente 100. Como se puede ver, el perfil de concentración con la copa 100 es más uniforme durante el ciclo operativo y no existe ninguna caída grande inmediata en la concentración como ocurre son el recipiente 100. La concentración inicial de la leche es típicamente 30-35% SS y al final del ciclo 10% SS. Esto da como resultado una relación de dilución de aproximadamente 3 a 1, aunque son posibles relaciones de dilución entre 1 a 1 y 6 a 1, con la presente invención. Para otros ingredientes de bebidas líquidos, las concentraciones pueden variar. Por ejemplo, para chocolate líquido, la concentración inicial es aproximadamente 67% SS y al final del ciclo 12-15% SS. Esto da como resultado una relación de dilución (relación entre el medio acuoso y el ingrediente de bebida en la bebida dispensada) de aproximadamente 5 a 1, aunque son posibles relaciones de dilución entre 2 a 1 y 10 a 1 con la presente invención. Para café líquido, la concentración inicial esté entre 40 y 67% y la concentración al final de la dispensación está en 1 - 2% SS. Esto da como resultado una relación de dilución entre 20 a 1 y 70 a 1, aunque son posibles relaciones de dilución entre 10 a 1 y 100 a 1 con la presente invención.
Desde el canal anular 86, la bebida es forzada bajo presión a través de la abertura 128 por la contra presión de la bebida que se acumula en la cámara de filtración 134 y la cámara 90. La bebida es forzada de esta manera a través de la abertura 128 como un chorro y dentro de una cámara de expansión formada por el extremo superior de la boquilla de descarga 43. Como se muestra en la figura 34, el chorro de bebida pasa directamente sobre la entrada de aire 71. A medida que la bebida entra en la boquilla de descarga 43, la presión del chorro de bebida cae. Como resultado, el aire es arrastrado dentro de la corriente de bebida en forma de una multitud de burbujas de aire pequeñas a medida que el aire es aspirado a través de la entrada de aire 71. El chorro de bebida que sale desde la abertura 128 es canalizado hacia abajo hacia la salida 44 donde la bebida es descargada en un receptáculo, tal como una copa donde las burbujas de aire forman la apariencia espumosa deseada.
De manera ventajosa, el miembro interior 3, el miembro exterior 2, el laminado 5 y el filtro 4 pueden esterilizarse todos fácilmente debido a los componentes que son separables y que no comprenden individualmente pasos tortuosos o hendiduras estrechas. En su lugar, solamente después de unir los componentes, después de la esterilización, es cuando se forman los pasos necesarios. Esto es particularmente importante donde el ingrediente de la bebida es un producto a base de agua, tal como concentrado de leche líquida.
La cuarta forma de realización del cartucho de bebida es particularmente ventajosa para dispensar un producto de líquido a base de lecho concentrado, tal como leche líquida. Previamente, los productos de lecho en polvo han sido proporcionados en forma de bolsitas para adición a una bebida pre-preparada. No obstante, esto requiere la provisión de un suministro de vapor, lo que incrementa el coste y la complejidad de la máquina utilizada para dispersar la bebida. El uso de vapor incrementa también el riesgo de lesión durante el funcionamiento del cartucho. De acuerdo con ello, la presente invención proporciona un cartucho de bebida que tiene un producto líquido concentrado a base de leche. Se ha encontrado que concentrando el producto de leche, se puede producir una cantidad mayor de espuma para un volumen particular de leche cuando se compara la leche fresca o UHT. Esto reduce el tamaño requerido para el cartucho de leche. La leche fresca semi-desnatada contiene aproximadamente 1,6% de grasa y 10% de sólidos totales. Las preparaciones de leche líquida concentrada de la presente invención contienen entre 0,1 y 12% de grasa y de 25 a 40% de sólidos totales. En un ejemplo típico, la preparación contiene 4% de grasa y 30% de sólidos totales. Las preparaciones de leche concentradas son adecuadas para formación de espuma utilizando una máquina de preparación a baja presión, como se describirá a continuación. E particular, la formación de espuma de la leche se consigue a presiones por debajo de 2 bares, con preferencia aproximadamente 1,5 bares utilizando el cartucho de la cuarta forma de realización descrita anteriormente.
La formación de espuma de la leche concentrada es particularmente ventajosa para bebidas tales como capuchinos y preparados de leche. Con preferencia, el paso de la leche a través de la aberturas 128 y sobre la entrada de aire 71 y el uso opcional del recipiente 100 permite niveles de formación de espuma superiores al 40%, con preferencia superiores al 70% para leche. Para chocolate líquido son posibles niveles de formación de espuma superiores al 70%. Para café líquido, son posibles niveles de formación de espuma superiores al 70%. El nivel de formación de espuma se mide como la relación entre el volumen de producto de espuma y el volumen del ingrediente de bebida líquida dispensada. Por ejemplo, donde se dispensan 138,3 ml de bebida, de los cuales 58,3 ml son espuma, la formación de la espuma se mide como [58,3/(138,3-58,3)]*100 = 72,9%. La formación de espuma de la leche (y de otros ingredientes líquidos) se mejora por la provisión del recipiente 100, como se ve en la figura 35b. La capacidad de formación de espuma de la leche dispensada con el recipiente 100 presente (línea a) es mayor que la de la leche dispensada sin el recipiente presente (línea b). Esto es debido a que la capacidad de formación de espuma de la leche está correlacionada positivamente con la concentración de la leche y como se muestra en la figura 25a, el recipiente 100 mantiene una concentración más alta de la leche durante una parte mayor del ciclo operativo. Además, se conoce que la capacidad de formación de espuma de la leche está correlacionada positivamente con la temperatura del medio acuoso, como se muestra en la figura 35c. Por lo tanto, el recipiente 100 es ventajoso porque permanece más leche en el cartucho hasta cerca del final del ciclo operativo cuando el medio acuoso está en su punto más caliente. Esto mejora de nuevo la formación de espuma.
El cartucho de la cuarta forma de realización es también ventajoso en la dispensación de productos de café líquido.
Se ha encontrado que las formas de realización del cartucho de bebida de la presente invención proporcionan una consistencia mejorada de la medida dispensada cuando se compara con cartuchos de la técnica anterior. Se hace referencia a la Tabla 1 siguiente que muestra los resultados de rendimientos de infusión para veinte ejemplos de cartuchos, en los que cada uno de los cartuchos A y B contiene café tostado y café molido. El cartucho A es un cartucho de bebida de acuerdo con la primera forma de realización de la presente invención. El cartucho B es un cartucho de bebida de la técnica anterior como se describe en el documento de la Solicitante WO01/58786. El índice de refracción de la bebida de infusión se mide en unidades Brix y se convierte a un porcentaje de sólidos solubles (%SS) utilizando tablas y fórmulas normalizadas. En los ejemplos siguientes:
%SS = 0,7774 * (valor brix) + 0,0569.
% rendimiento = (%SS * Volumen infusión (g))) / (100 * peso café (g))
TABLA 1
1
2 
\newpage
Realizando un análisis estadístico t-test sobre los datos anteriores se obtienen los siguientes resultados:
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 2
3 
\vskip1.000000\baselineskip
El análisis muestra que la consistencia del rendimiento porcentual, que es igual a la intensidad de la bebida, para los cartuchos de la presente invención es significativamente mejor (con un nivel de confianza del 95%) que los cartuchos de la técnica anterior, con una desviación estándar de 0,8% comparada con 2,24%. Esto significa que las bebidas dispensadas con los cartuchos de la presente invención tienen una resistencia más repetible y uniforme. Esto es preferido por los consumidores que prefieren que sus bebidas mantengan el mismo sabor con el tiempo y no quieren cambios arbitrarios en la intensidad de la bebida.
Los materiales de los cartuchos descritos anteriormente pueden estar provistos con un revestimiento de barrera para mejorar su resistencia a la entrada de oxígeno y/o de humedad y/o de otros contaminantes. El revestimiento de barrera puede mejorar también la resistencia a la fuga de los ingredientes de la bebida desde el interior de los cartuchos y/o reducir el grado de filtración de elementos que puede ser extraídos a partir de los materiales del cartucho que pueden afectar adversamente a los ingredientes de la bebida. El revestimiento de barrera puede ser de un material seleccionado del grupo de PET, poliamidas, EVOH, PVDC o un material metalizado. El revestimiento de barrera se puede aplicar por un número de mecanismos que incluyen, pero no están limitados a deposición con vapor, deposición a vacío, revestimiento con plasma, co-extrusión, etiquetado en el molde y moldeo de dos / multietapas.

Claims (20)

1. Un cartucho (1) que contiene uno o más ingredientes de bebidas (200) y que está formado a partir de materiales sustancialmente impermeables al aire y al agua, comprendiendo el cartucho o estando adaptado para estar formadas allí al menos una entrada para la introducción de un medio acuoso en el cartucho y al menos una salida, donde el flujo del medio acuoso a través del cartucho es generalmente en una dirección radialmente interior desde la al menos una entrada hacia la al menos una salida, caracterizado porque el cartucho comprende, además, un colector circunferencial (16) separado de una cámara de almacenamiento (130; 134) por una pared (13), donde la pared comprende una pluralidad de entradas dirigidas hacia dentro.
2. Un cartucho (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la cámara de almacenamiento (130; 134) contiene uno o más ingredientes de la bebida.
3. Un cartucho (1) de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que el cartucho está configurado en forma de disco.
4. Un cartucho (1) de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que una entrada (121) para la introducción del medio acuoso en el cartucho está localizada en o cerca de una periferia del cartucho.
5. Un cartucho (1) de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que la pluralidad de entradas dirigidas hacia dentro están dirigidas radialmente hacia dentro.
6. Un cartucho (1) de acuerdo con la reivindicación 1 ó 5, en el que el cartucho comprende un orificio (12) a través del cual se pueden llenar uno o más ingredientes de bebidas en la cámara de almacenamiento, en el que el orificio está cerrado por una tapa (5), donde la tapa puede ser perforada en uso para alojar una afluencia de un medio acuoso en el cartucho y la tapa es perforable en uso para permitir una salida de bebida formada a partir de la interacción del medio acuoso y no o más ingredientes de bebidas en la cámara de almacenamiento.
7. Un cartucho (1) de acuerdo con las reivindicaciones 1, 5 ó 6, en el que el colector circunferencial (16) está localizado en una periferia del cartucho.
8. Un cartucho (1) de acuerdo con las reivindicaciones 1 ó 5 a 7, en el que la pared (13) comprende de 3 a 40 orificios (17; 36).
9. Un cartucho (1) de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la pared (13) comprende de 3 a 5 orificios (17; 36).
10. Un cartucho (1) de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la pared (13) comprende de 35 a 40 orificios (17; 36).
11. Un cartucho (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en el que cada orificio (17; 36) tiene un área de la sección transversal de 0,45 a 0,65 mm^{2}.
12. Un cartucho (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, en el que el cartucho comprende una cámara de entrada (26) en comunicación con el colector circunferencial (16).
13. Un cartucho (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la cámara de entrada (26) se comunica con el colector circunferencial (16) a través de una o más aberturas (30) formadas en una pared (27) de la cámara de entrada.
14. Un cartucho (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende, además, un filtro (4) dispuesto entre la cámara de almacenamiento (130; 134) y al menos una parte de una superficie inferior de una parte superior (11) del cartucho; estando formados uno o más pasos (57) entre el filtro y la parte superior del cartucho, cuyos uno o más pasos se comunican con la salida (122), de manera que una trayectoria de flujo de bebida que conecta la entrada (12) a la salida (122) pasa hacia arriba a través del filtro (4) en uno o más pasos.
15. Un cartucho (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el cartucho comprende un miembro exterior (2) y un miembro interior (3) unido conjuntamente con el miembro exterior, definiendo el miembro interior la salida del cartucho.
16. Un cartucho (1) de acuerdo con la reivindicación 15, en el que el miembro interior (3) comprende una boquilla de descarga (43) que define la salida.
17. Un cartucho (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la entrada y/o la salida están cubiertas por un material sustancialmente impermeable al aire y al agua antes de la formación, en uso, de la entrada y/o la salida en el cartucho.
18. Un cartucho (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la entrada y/o la salida están cubiertas por un laminado (5) sustancialmente impermeable al aire y al agua.
19. Un cartucho (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 15 a 18, en el que el miembro exterior (2) y/o el miembro interior (3) están formados de polipropileno.
20. Un cartucho (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 15 a 19, en el que el miembro exterior (2) y/o el miembro interior (3) están formados mediante moldeo por inyección.
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