ES2682674T3

ES2682674T3 - Cartucho de bebida

Info

Publication number: ES2682674T3
Application number: ES14179064.2T
Authority: ES
Inventors: Geoffrey York; Andrew Bentley
Original assignee: Koninklijke Douwe Egberts BV
Current assignee: Koninklijke Douwe Egberts BV
Priority date: 2007-11-09
Filing date: 2008-11-10
Publication date: 2018-09-21
Anticipated expiration: 2028-11-10
Also published as: EP2862816A2; PL2093164T3; US20140287117A1; US20090317518A1; ES2908279T3; CA2643479C; EP2862816B1; DK2093164T3; PL3395719T3; EP2862816A3; SI2093164T1; US8771768B2; EP2093164A1; US9828153B2; ES2505469T3; EP3395719A1; GB2454656A; CA2643479A1; EP2455304A1; PL2862816T3

Abstract

Un cartucho (1) que contiene uno o más ingredientes de bebida y que comprende una entrada (27) para la introducción de un medio acuoso y una salida (43) para la bebida producida a partir del uno o más ingredientes de bebida, incorporando el cartucho dentro de una trayectoria de flujo de bebida entre la entrada (27) y la salida (43) un eductor para arrastrar aire hacia la bebida, comprendiendo el eductor una abertura (128) para producir un chorro de la bebida, medios para producir una reducción de presión del chorro de bebida, y al menos una entrada (71) de aire, además comprendiendo el cartucho una cámara (93) de circulación entre el eductor y la salida (43), estando la salida (43) provista de una boquilla de descarga, caracterizado por que la boquilla de descarga comprende al menos una aleta (100) para controlar una dirección de flujo de salida de la bebida que se emite desde el cartucho.

Description

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DESCRIPCION

Cartucho de bebida

La presente invencion se refiere a mejoras en cartuchos para producir bebidas y, en especial, para producir bebidas que comprenden una espuma de burbujas finas sobre la superficie de la bebida, conocida como crema.

El documento EP-1255685 del presente solicitante describe un cartucho para usar en una maquina de preparacion de bebidas para dispensar una bebida de cafe de tipo expres. El cartucho comprende una o mas restricciones para formar un chorro o varios chorros de bebida. Se proporciona al menos una entrada de aire y el chorro (o chorros) de la bebida se hace pasar por dicha al menos una entrada de aire para atraer aire de ese modo a traves de la entrada de aire y arrastrar burbujas de aire hacia el flujo de bebida. A continuacion, el flujo de bebida pasa a lo largo de una camara de expansion hasta una salida donde se dispensa. En una realizacion, el cartucho ademas comprende dentro de la trayectoria de flujo de bebida una superficie sobre la cual impacta la bebida.

El documento EP-1440903 del presente solicitante tambien describe un cartucho para usar en una maquina de preparacion de bebidas para dispensar una bebida de cafe de tipo expres. El cartucho comprende un eductor que tiene una entrada de aire, medios para formar un chorro de presion reducida de bebida que se hace pasar a traves de dicha entrada de aire y medios para producir una reduccion de presion en el chorro para atraer aire a traves de la entrada de aire y arrastrar las burbujas de aire hacia el flujo de bebida.

Aunque se ha descubierto que los cartuchos descritos en los documentos EP-1255685 y EP-1440903 resultan eficaces, sena deseable producir un cartucho mejorado en donde se mejore y/o controle la calidad de la crema que se suministra a la taza.

La presente invencion proporciona un cartucho segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.

Los aspectos de la presente descripcion se describiran a continuacion, solo a modo de ejemplo, con referencia a las Figuras adjuntas 1 a 17. Las realizaciones de la presente invencion se describiran, solo a modo de ejemplo, con referencia a las Figuras adjuntas 18 y 19.

La Figura 1 es una vista en seccion transversal a traves de un cartucho de bebida del estado de la tecnica;

la Figura 2 es una vista en perspectiva desde arriba de un elemento exterior del cartucho de la Figura 1;

la Figura 3 es una vista en perspectiva desde arriba del elemento exterior de la Figura 2 en una orientacion invertida;

la Figura 4 es una vista en seccion transversal de un elemento interior del cartucho de la Figura 1;

la Figura 5 es una vista en seccion transversal ampliada de una parte XVII del elemento interior de la Figura 4;

la Figura 6 es una vista en perspectiva desde arriba del elemento interior de la Figura 4;

la Figura 7 es una vista en perspectiva desde arriba del elemento interior de la Figura 4 en una orientacion invertida;

la Figura 8 es una vista en perspectiva de una parte de un interior de un cartucho del estado de la tecnica similar a la Figura 1;

la Figura 9 es una vista en perspectiva de una parte de un interior de un cartucho segun la presente descripcion;

la Figura 10a es un diagrama de un analisis de dinamica de fluidos computacional (CFD) de flujo de bebida dentro de la parte del cartucho mostrada en la Figura 8;

la Figura 10b es una fotograffa de flujo de bebida dentro de la parte del cartucho mostrada en la Figura 8;

la Figura 11a es un diagrama de un analisis de dinamica de fluidos computacional (CFD) de flujo de bebida dentro de la parte del cartucho mostrada en la Figura 9;

la Figura 11b es una fotograffa de flujo de bebida dentro de la parte del cartucho mostrada en la Figura 9;

la Figura 12a es un diagrama de un analisis de CFD de flujo dentro de un canal de eductor del cartucho de la Figura

9;

la Figura 12b es un diagrama de un analisis de CFD de flujo dentro de un canal de eductor del cartucho de la Figura 1;

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la Figura 13a es una vista en planta esquematica superior de una parte de un interior del cartucho de la Figura 1 (provista de cuatro nervaduras segun la presente descripcion);

la Figura 13b es una fotograffa de la crema formada en una bebida producida usando el cartucho de la Figura 13a;

la Figura 14a es una vista en planta esquematica superior de una parte de un interior de un cartucho segun un aspecto de la presente descripcion;

la Figura 14b es una fotograffa de la crema formada en una bebida producida usando el cartucho de la Figura 14a;

la Figura 15a es una vista en planta esquematica superior de una parte de un interior de un cartucho segun otro aspecto de la presente descripcion;

la Figura 15b es una fotograffa de la crema formada en una bebida producida usando el cartucho de la Figura 15a;

la Figura 16a es una vista en planta esquematica superior de una parte de un interior de un cartucho segun otro aspecto de la presente descripcion;

la Figura 16b es una fotograffa de la crema formada en una bebida producida usando el cartucho de la Figura 16a;

la Figura 17a es una vista en planta esquematica superior de una parte de un interior de un cartucho segun otro aspecto de la presente descripcion;

la Figura 17b es una fotograffa de la crema formada en una bebida producida usando el cartucho de la Figura 17a;

la Figura 18 es una vista en perspectiva de una parte de un interior de una realizacion de cartucho segun la presente invencion; y

la Figura 19 es una vista en perspectiva de una parte de un interior de otra realizacion de cartucho segun la presente invencion.

Las Figuras 1 a 8 ilustran un cartucho 1 de estado de la tecnica que se describe en detalle en la publicacion de patente europea EP-1440903 del solicitante. El cartucho 1 esta especialmente disenado para usar en la dispensacion de productos de tipo cafe expres tales como cafe tostado y molido donde es deseable producir una bebida que tenga una espuma de burbujas diminutas conocida como crema.

Segun muestra la Figura 1, el cartucho 1 generalmente comprende un elemento exterior 2 (mostrado en mayor detalle en las Figuras 2 y 3), un elemento interior 3 (mostrado en mayor detalle en las Figuras 4 a 7) y un laminado 5. El elemento exterior 2, el elemento interior 3 y el laminado 5 se ensamblan para formar el cartucho 1 que tiene un interior 120 para contener uno o mas ingredientes 200 de bebida. Una entrada 27 y una salida 44 estan inicialmente selladas por el laminado 5 y se abren, durante el uso, mediante perforacion o corte de unas partes del laminado 5. Una trayectoria de flujo de bebida entre la entrada 27 y la salida 44 esta definida por unas interrelaciones espaciales entre el elemento exterior 2, el elemento interior 3 y el laminado 5.

La forma global del cartucho 1 es generalmente de cfrculo o disco.

Segun se muestra mejor en las Figuras 2 y 3, el elemento exterior 2 generalmente comprende una cobertura 10 en forma de cuenco que tiene una pared 13 anular curva, una parte 11 superior cerrada y una parte 12 inferior abierta. La pared anular 13 y la parte 11 superior cerrada definen juntas un receptaculo que tiene un interior 34.

Se proporciona una extension 18 cilmdrica hueca orientada hacia el interior en la parte 11 superior cerrada centrada en el eje x principal. Se forma un resalte 33 que se extiende hacia fuera en el elemento exterior 2 cerca de la parte inferior 12. El resalte 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 distribuidor 16 entre la pared secundaria 15 y la pared anular 13. El distribuidor 16 pasa alrededor de la circunferencia del elemento exterior 2. Se proporcionan una serie de ranuras 17 en la pared anular 13 al mismo nivel que el distribuidor 16 para proporcionar comunicacion de gas y ffquido entre el distribuidor 16 y el interior 34 del elemento exterior 2.

Un extremo inferior del resalte 33 que se extiende hacia fuera esta provisto de un reborde 35 que se extiende hacia fuera.

Segun se muestra mejor en las Figuras 4 a 7, el elemento interior 3 comprende un armazon anular 41 y un embudo cilmdrico 40 que se extiende hacia abajo. El armazon anular 41 comprende un cerco exterior 51 y un cubo interior 52 unidos por segmentos radiales 53. El cubo interior 52 esta integrado y se extiende desde el embudo cilmdrico 40. Se forman unas aberturas 55 de filtracion en el armazon anular 41 entre los segmentos radiales 53. Un filtro 4 esta dispuesto sobre el armazon anular 41 para cubrir las aberturas 55 de filtracion. Se forman pasajes 57 encima del armazon 41 entre unos refuerzos 54.

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El embudo cilmdrico 40 comprende un tubo exterior 42 que rodea una boquilla 43 de descarga interior. El tubo exterior 42 forma el exterior del embudo cilmdrico 40. La boquilla 43 de descarga se une al tubo exterior 42 en un extremo superior de la boquilla 43 de descarga por medio de un reborde anular 47. La boquilla 43 de descarga comprende una entrada 45 en un extremo superior que comunica con los orificios 56 de los pasajes 57 y una salida 44 en un extremo inferior a traves del cual la bebida preparada se descarga en una taza u otro receptaculo.

El elemento interior 3 abarca entre el elemento exterior 2 y el laminado 5.

Se proporciona un cerco 67 que sobresale del reborde anular 47 que une el tubo exterior 42 a la boquilla 43 de descarga. El cerco 67 rodea la entrada 45 a la boquilla 43 de descarga y define un canal anular 69 entre el cerco 67 y la parte superior del tubo exterior 42. El cerco 67 esta provisto de un resalte dirigido hacia el interior. En un punto alrededor de la circunferencia del cerco 67 se proporciona una abertura 70 en forma de ranura que se extiende desde un borde superior del cerco 67 hasta un punto marginalmente por debajo del nivel del resalte.

Con referencia especial a las Figuras 4 y 5, se proporciona una entrada 71 de aire en el reborde anular 47 alineado de forma circunferencial con la abertura 70. La entrada 71 de aire comprende una abertura que pasa a traves del reborde 47 para proporcionar comunicacion entre un punto por encima del reborde 47 y el espacio vacm por debajo del reborde 47 entre el tubo exterior 42 y la boquilla 43 de descarga. La entrada 71 de aire comprende una parte 73 superior frustoconica y una parte 72 inferior cilmdrica.

En el ensamblaje, segun muestra la Figura 1, la extension cilmdrica 18 esta asentada dentro del cerco 67 de soporte. Un resalte de la extension cilmdrica 18 se apoya contra el borde superior del cerco 67 de soporte del elemento interior 3. Por lo tanto, se forma una interfase 124 entre el elemento interior 3 y el elemento exterior 2 que comprende una junta de cara entre la extension cilmdrica 18 y el cerco 67 de soporte que se extiende alrededor de casi toda la circunferencia del cartucho 1. El sello entre la extension cilmdrica 18 y el cerco 67 de soporte no es hermetico a los fluidos, ya que la ranura 70 en el cerco 67 de soporte se extiende a traves del cerco 67 de soporte y hacia abajo hasta un punto marginalmente por debajo del resalte. Por consiguiente, el ajuste de interfase entre la extension cilmdrica 18 y el cerco 67 de soporte transforma la ranura 70 en una abertura 128 con forma rectangular que proporciona comunicacion de gas y lfquido entre el canal anular 69 y la boquilla 43 de descarga.

Para usar el cartucho 1 primero se introduce en una maquina de preparacion de bebidas y la entrada 27 y la salida 44 se abren mediante elementos perforadores de la maquina de preparacion de bebidas que perforan y pliegan el laminado 5. Un medio acuoso, tfpicamente agua, entra a presion en el cartucho 1 a traves de la entrada 27. El agua se dirige para fluir alrededor del distribuidor 16 y hacia el interior 120 del cartucho 1 a traves de la pluralidad de ranuras 17. El agua se mezcla con los ingredientes 200 de bebida contenidos en ella. El agua es al mismo tiempo obligada a ascender a traves de los ingredientes de la bebida. La bebida formada por el paso del agua a traves de los ingredientes de bebida pasa a traves del filtro 4 y unas aberturas 55 de filtracion y entra en los pasajes 57 que se extienden por encima del armazon anular 41.

La bebida fluye a continuacion hacia abajo a lo largo de los pasajes radiales 57 y a traves de los orificios 56 y entra en el canal anular 69. Desde el canal anular 69, la bebida es obligada a pasar a presion a traves de la abertura 128 mediante la contrapresion de la bebida que se acumula en el interior 120 y los pasajes 57. Por lo tanto, la bebida es obligada a pasar a traves de la abertura 128 como un chorro y a entrar en una camara de expansion formada por el extremo superior de la boquilla 43 de descarga. El chorro de bebida pasa directamente a traves de la entrada 71 de aire. A medida que la bebida pasa a traves de la abertura, la presion del chorro de bebida desciende. Como resultado, se arrastra aire hacia la corriente de bebida en forma de una multitud de pequenas burbujas de aire a medida que el aire se atrae a traves de la entrada 71 de aire. La bebida emitida desde la abertura 128 se canaliza hacia abajo en direccion a la salida 44, donde la bebida se descarga en un receptaculo, tal como una taza, donde las burbujas de aire forman la crema deseada. De este modo, la abertura 128 y la entrada 71 de aire forman conjuntamente un eductor que actua para arrastrar aire hacia la bebida.

Segun muestran las Figuras 1, 5 y 8, las paredes 70a de la ranura 70 tienen lados rectos y estan orientadas de manera que la abertura 128 dirige el chorro de bebida hacia dentro de la parte superior de la boquilla 43 de descarga directamente hacia el centro de la boquilla 43 de descarga.

La Figura 9 ilustra una parte de un cartucho de bebida segun la presente descripcion. Muchas de las caractensticas del cartucho son iguales a las del cartucho de la Figura 1 y no se describiran con mas detalle. Para estas caractensticas, se ha usado numeracion similar. El eductor y la boquilla de descarga del cartucho segun la presente descripcion se han redisenado para mejorar y/o controlar la calidad de la crema.

Segun muestra la Figura 9, la region de descarga del cartucho comprende un canal 80 de eductor, una camara 93 de circulacion y la boquilla 43 de descarga. Las paredes 81 del canal 80 de eductor tanto en la region de la entrada 71 de aire como corriente abajo de la entrada 71 de aire son curvas para que se obligue a la bebida, que pasa a traves de la abertura 128 de entrada del eductor (formada a partir de la ranura 70 mostrada en la figura como se ha descrito anteriormente por la interaccion de la ranura 70 con el elemento exterior 2) y a lo largo del canal 80, a pasar a traves de una desviacion angular antes de entrar en la camara 93 de circulacion. La camara 93 de circulacion esta formada por una region del

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elemento interior que tiene una pared delimitadora 90 y un plano inclinado 94. El plano inclinado 94 se inclina hacia dentro y hacia abajo en direccion a la boquilla 43 de descarga. La pared delimitadora 90 tiene una forma generalmente en espiral que tiene una parte 90a de forma generalmente circular que se extiende a traves de un angulo de aproximadamente 270 grados desde un punto 82 de salida del canal 80 de eductor y una parte 90b de radio de curvatura decreciente donde la pared delimitadora 90 se curva hacia dentro atravesando el plano inclinado 94 para terminar situandose adyacente a la abertura central de la boquilla 43 de descarga. El extremo de la pared delimitadora 90b es coincidente con el punto 82 de salida del canal 80 de eductor. Por consiguiente, la pared delimitadora se extiende a traves de 360 grados en total.

El canal 80 de eductor esta definido por dos paredes 81 de eductor curvas marcadas en las figuras como primera pared 81a y segunda pared 81b. Las paredes 81a y 81b se extienden desde la region de la ranura 70 pasando por la entrada 71 de aire hasta el punto 82 de salida del canal 80. En el aspecto de la descripcion mostrada, las paredes 81 estan curvadas en sentido opuesto a la curva de la pared delimitadora 90 en el punto 82 de salida, aunque esto no es esencial, sino que pueden adoptarse configuraciones alternativas. La primera pared 81a esta ubicada en el interior de la curva del canal 80 de eductor y por lo tanto tiene una longitud mas corta que la segunda pared 81b. En el aspecto mostrado, las paredes curvas 81 son concentricas con un centro radial comun y, por lo tanto, presentan diferentes radios de curvatura, aunque esto no es esencial, sino que pueden adoptarse configuraciones alternativas. En los aspectos ilustrados, el radio de curvatura de la lmea central del canal de eductor es sustancialmente de 2,00 mm. Ademas, el canal 80 entra en la camara 93 de circulacion de manera tangencial.

En el aspecto mostrado, debido a su curvatura y configuracion, la segunda pared 81b proporciona una superficie de impacto sustancialmente de 1,23 mm a lo largo de la lmea central desde la salida de la ranura 70 a traves de la cual el chorro de bebida entra en el canal 80 de eductor. El angulo de impacto incluido entre la lmea central a lo largo de la cual fluye un chorro de bebida y la superficie de impacto es sustancialmente de 37,78 grados.

Un plano 74 del canal 80 de eductor esta inclinado hacia abajo en direccion al punto 82 de salida de forma que la altura de las paredes 81 del canal 80 de eductor aumenta desde la entrada hasta el punto 82 de salida del canal 80.

En el aspecto mostrado, la entrada 71 de aire es circular y tiene un diametro D. De forma alternativa, la entrada de aire puede adquirir cualquier forma conveniente, tal como una forma de D u otra forma conveniente. El diametro D equivalente o efectivo de una forma tal como esta se calcula tomando el area A y determinando D a partir de A = nr2, donde D = 2r.

Durante el uso, la bebida se dispensa desde el cartucho usando una maquina de bebidas como la descrita anteriormente. Sin embargo, el eductor y la region de la boquilla de descarga mejorados ayudan a mejorar y/o controlar el aspecto y la cantidad de la crema generada. La bebida que pasa desde el canal anular 69 es obligada a entrar en un chorro de alta velocidad al pasar a traves de la abertura 128. A continuacion, el chorro de bebida pasa a traves del orificio 71 de entrada de aire haciendo que se atraigan y arrastren burbujas de aire hacia el flujo. El flujo de bebida con burbujas de aire impacta a continuacion directamente contra la segunda pared 81b del canal 80 de eductor cerca de la salida del orificio 71 de aire a alta velocidad haciendo que el flujo adquiera una elevada turbulencia y se doble y circule dentro del canal 80 de eductor interactuando de forma significativa con las paredes 81b y 81a antes de salir por el punto 82 de salida. Ademas, el impacto del chorro contra las paredes del canal de eductor ayuda a completar el arrastre de las burbujas de aire hacia el lfquido y a romper burbujas mas grandes, incluso antes de que el chorro salga de los confines del canal 80 de eductor. Por tanto, el canal 80 de eductor curvo aporta una naturaleza asimetrica a la dinamica del flujo. Ademas, puesto que el canal 80 de eductor esta dirigido hacia abajo gracias al plano inclinado 74 y la abertura 128 esta situada cerca de una parte superior del canal 80 de eductor, se potencia la circulacion en espiral del flujo asimetrico dentro del canal 80 de eductor, segun se muestra en el diagrama de CFD de la Figura 12a. Esto muestra un marcado contraste con el patron de flujo calculado en el canal de eductor del cartucho de la Figura 1 mostrado en la Figura 12b, donde el flujo se dirige en gran parte directamente a lo largo del canal de eductor sin ningun movimiento vorticial, en espiral o asimetrico significativo. Esto tiene un numero de efectos. La bebida en el canal 80 de eductor curvo interactua mucho mas con las paredes 81 del canal que cuando el canal de eductor es recto. Esto ayuda a mezclar las fases de lfquido y de aire del flujo de bebida. Por lo tanto, existe una mayor oportunidad para que el tamano de burbuja dentro del flujo se reduzca y/o mantenga en su tamano inicial mas pequeno. Con un canal de eductor recto, puede verse a partir de la Figura 12b que el flujo en el centro del canal de eductor que se retira de las paredes (donde desemboca la entrada 71 de aire) se mantiene a una alta velocidad en toda la longitud del canal de eductor. Como resultado, las burbujas de aire que salen de la entrada 71 de aire tienden a pasar directamente a lo largo del canal de eductor con una interaccion minima con la fase lfquida de la bebida o con las paredes del canal de eductor. Esto tiene la desventaja de que potencia y/o proporciona un entorno para la coalescencia de las burbujas, aumentando el tamano de las burbujas en el flujo de bebida. Se ha descubierto que el flujo vorticial que sale del canal 80 de eductor curvo segun la presente descripcion da origen a una crema mas reproducible de cartucho en cartucho de calidad mas alta y/o controlada.

Despues de salir del canal 80 de eductor curvo, el flujo de bebida circula dentro de la camara 93 de circulacion donde se potencia mediante la pared delimitadora 90 a adquirir un patron de flujo, segun muestran las Figuras 11a y 11b, en donde el flujo gira alrededor del eje de la boquilla 43 de descarga, mientras que al mismo tiempo desciende por la camara de circulacion y la boquilla hacia la salida de tal forma que el flujo de bebida experimenta unas fuerzas centnfugas. El flujo de bebida sale a continuacion por la boquilla 43 de descarga hasta la taza o el receptaculo de destino.

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El flujo de la bebida alrededor de la camara 93 de circulacion ayuda a mantener el flujo y mantener la estructura del flujo antes de la descarga a traves de la boquilla 43. Se ha descubierto mediante experimentacion que, en los cartuchos segun la presente descripcion, la entrada no lineal de la bebida en la camara 93 de circulacion permite que las burbujas de aire mas grandes contenidas en la bebida migren hacia el centro de la camara 93, preferiblemente atravesando la region superior de la camara 93, mientras que la bebida que contiene burbujas mas pequenas se hace circular por la periferia de la camara 93 mas cerca de la pared delimitadora 90 y hacia abajo en direccion a la boquilla 43 de descarga. Las burbujas mas grandes se transportan al centro de la camara 93 donde coalescen y a continuacion colapsan. Esto muestra un marcado contraste con la dinamica de flujo del cartucho del estado de la tecnica de las Figuras 1 a 8, segun muestran las Figuras 10a y 10b, donde el patron de flujo dentro y directamente por encima de la boquilla 43 de descarga crea regiones con tamanos de burbuja mucho mas grandes, en donde las burbujas mas grandes tienden a recircular y se dispensan como parte de la crema de la bebida.

Tambien se ha descubierto mediante experimentacion que el uso de un eductor curvo junto con una camara de circulacion corriente abajo del canal de eductor permite al eductor arrastrar aire y controlar el tamano de burbuja, mientras que la camara de circulacion ayuda a clasificar el tamano de burbuja dentro del flujo sin ningun arrastre de aire adicional significativo. En unas pruebas, se probo el cartucho de la Figura 9 con la entrada 71 de aire del eductor bloqueada. Los resultados mostraron que no se produjo una crema fina simplemente por medio de la presencia de la camara 93 de circulacion. En otras palabras, el arrastre de burbujas no se produda en la camara 93 de circulacion. Esto tambien se mostro mediante modelos de CFD.

Se prepararon un numero de modelos de cartucho segun la presente descripcion que teman canales de eductor de distintos grados de curvatura. A continuacion, se realizo un experimento para comparar el rendimiento de un canal de eductor recto con los diversos disenos de eductor curvo. Los resultados se muestran en la tabla 1a, con referencia a las Figuras 13a a 17b.

Tabla 1a.

Geometna de eductor: Distancia desde abertura 70 hasta punto de impacto de chorro Angulo de impacto contra pared de eductor N.° de prueba Puntuacion de espuma (0 = deficiente, 5 = excelente) Volumen de espuma (ml) Comentarios

Eductor recto, ~ Entrada normal ( ^ (central) y: 7,8 mm* n/d 1 3 15 Veanse las Figuras 13a y 13b. Espuma gruesa, no muy estable.

2: 2,5 20

3: 2 18

Promedio: 2,5 17,7

Eductor curvo A: 1,66 mm 29,3° 1 3 18 Veanse las Figuras 14a y 14b. Espuma gruesa a mediana, relativamente estable.

(radio 4,0 mm) 54 Entrada tangencial l J: 2 2 23

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3: 20

Promedio: 2,7 20,3

Eductor curvo B at (radio 2,5 mm) f Entrada tangencial y: 1,23 mm 37,8° 1 3 18 Veanse las Figuras 15a y 15b. Espuma estable mediana a fina

2: 3,5 23

3: 3,5 16

Promedio: 3,3 19,0

Eductor curvo B (radio 2,5 mm) [ Entrada normal (central): 1,2 mm 36,9° 1 4 18 Veanse las Figuras 16a y 16b. Espuma estable fina a muy fina.

2: 3,5 12

3: 4,5 15

Promedio: 4,0 15,0

Eductor curvo C -_ (radio 1,5 mm) f Entrada tangencial y: 0,87 mm 51,4° 1 3,5 15 Veanse las Figuras 17a y 17b. Espuma estable fina a muy fina.

2: 4 14

3: 4 16

Promedio: 3,8 15,0

* Nota: el impacto del chorro del eductor recto tiene lugar contra el lado opuesto de la camara de salida, no contra la pared del canal de eductor.

Todos los modelos se construyeron como prototipos de estereolitograffa (SLA) de tamano completo, por lo tanto, los resultados de crema obtenidos dan una lectura comparativa, pero no son tfpicos del mejor rendimiento logrado en el diseno finalizado implementado como un moldeo por inyeccion de plastico para la produccion. El resultado de este diseno finalizado se muestra en la tabla 1b, junto con una fotograffa del resultado de crema logrado.

Tabla 1b.

Geometria de eductor de produccion: Distancia desde abertura 70 hasta punto de impacto de chorro Angulo de impacto contra pared de eductor N.° de prueba Puntuacion de espuma (0 = deficiente, 5 = excelente) Volumen de espuma (ml) Comentarios

Eductor curvo B (radio 2,5 mm) f Entrada tangencial ^: 1,23 mm 37,8° 1 4,25 5 Vease la imagen siguiente. Espuma sumamente fina y estable

2: 4,75 5

3: 4,75 5

Promedio: 4,6 5,0

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imagen1

Para cada geometria de eductor, se hace constar la distancia desde la salida de la abertura 70 a lo largo de la lmea central hasta el punto de impacto del chorro (mm), el angulo de impacto contra la pared de eductor (grados), el n.° de prueba, la puntuacion de espuma (0 = deficiente, 5 = excelente), el volumen de espuma (ml) y unos comentarios.

10 La puntuacion de espuma es una escala de once puntos incrementales, tal como la que se aplica tipicamente a las bebidas de cafe, de 0 a 5 en incrementos de 0,5, evaluada visualmente segun los siguientes estandares:

imagen2

imagen3

WSmBm

Completa

Delgada

Orificio 1

Sin cobertura

Orificio 2

«{T)ASS!MO

Escala de puntuacion de tamano de burbujas

<fX)Asaiivio

Escala de cobertura de espuma

Los resultados experimentales muestran que la calidad de la crema aumenta al aumentar el grado de curvatura 5 del canal de eductor. Esto viene acompanado tambien de una ligera reduction en la cantidad de crema producida.

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El solicitante ha descubierto que al optimizar uno o mas de un numero de parametros de, o dentro de, el canal de eductor, se puede obtener una mejora (o reduction controlada) de la calidad de la crema. Por ejemplo, los resultados ilustran los efectos ventajosos logrados cuando se ajusta el radio de curvatura del eductor (y las paredes del eductor), el angulo de la superficie de impacto y la distancia del chorro desde la abertura hasta la superficie de impacto. Ademas, el solicitante ha descubierto efectos ventajosos del control de los parametros operativos dentro del canal de eductor, tal como la posicion y la distancia de la entrada de aire a lo largo del canal de eductor, la velocidad del fluido (de 1,25 a 100 m/s), la cantidad de aire arrastrado (333 a 13.333 mm3/s), y la disipacion de potencia potencial (de 0,002 a 15 W). Un chorro (a una velocidad de 17,13 m/s) que impacta en la pared exterior del canal de eductor curvo en estrecha proximidad con la entrada de aire ha demostrado ser especialmente ventajoso para la calidad de crema obtenida.

Por el contrario, el chorro de bebida en el eductor recto pasa a traves de la entrada de aire a lo largo del canal de eductor y entra en la camara de salida sin impactar en las paredes de canal de eductor. Esto causa una mayor cantidad de arrastre de aire en el canal de eductor, pero con una accion de mezclado mas deficiente de las fases de aire/agua de la bebida en la camara de salida.

Por el contrario, con un eductor curvo, a medida que el grado de curvatura aumenta (manteniendo iguales las demas caracteristicas), el angulo de impacto del chorro contra la pared aumenta y el punto de impacto se acerca a la abertura del chorro y el orificio de entrada de aire. A medida que el chorro impacta en la pared, experimenta un cambio de forma y direction que propicia una mejor accion de cizalladura turbulenta y de mezclado de las fases de aire/agua en el canal de eductor. Ademas, a medida que el punto de impacto se acerca a la entrada de aire, la cantidad de aire atrapado se reduce debido a la contrapresion reflejada. El solicitante considera que la cantidad reducida de aire atrapado, combinada con un mezclado y una cizalladura turbulenta mas eficaces, da por resultado la crema mas fina observada. Por el contrario, con un mezclado menos eficaz, una cizalladura turbulenta inferior o una menor separation de las burbujas mas grandes, se puede formar una crema con burbujas mas grandes.

Los expertos en la tecnica apreciaran que son posibles muchas alternativas a los aspectos preferidos descritos. Por ejemplo, aunque los disenos de eductor presentados anteriormente son curvos, pueden adoptar cualquier forma que haga que la bebida sea obligada a pasar a traves de una desviacion angular dentro del eductor (p. ej., en forma de codo abrupto o laberrntica). Ademas, los diferenciales de presion establecidos en el eductor pueden determinar la ubicacion apropiada de la entrada de aire para controlar la cantidad de aire introducido y arrastrado hacia la bebida. Tambien se apreciara que puede variarse uno o mas de la longitud, altura, section transversal y/o forma y/o area longitudinal o volumen del eductor, al igual que la ubicacion de la entrada de aire, el area de seccion transversal y/o la forma de la entrada de aire, el area y/o el angulo y/o la distancia desde la abertura de la superficie de impacto. Ademas, la velocidad del chorro de bebida y los perfiles de presion en el eductor pueden variarse. Estas variaciones permiten que el eductor de un cartucho de bebida segun la presente invention se optimice segun el tipo, la calidad y la cantidad de crema deseados para un tipo de bebida determinado.

Como resultado, los cartuchos segun la presente invencion pueden tener disenos de eductor hechos a medida dependiendo del tipo de crema que se desea producir con una bebida particular. En la tabla 2 se muestra un ejemplo de como caracterizar una crema por tipo de bebida.

Tabla 2.

BEBIDA: DESCRIPCION DE ESPUMA TAMANO DE BURBUJA (mm) CANTIDAD DE ESPUMA (ml) ASPECTO DESEADO

Expres: Burbujas diminutas, uniformes, practicamente indistinguibles con 1 - 2 burbujas pequenas. Cobertura completa de superficie por espuma estable. Color y veteado no especificados. 80 % < 0,5 20% 0,5 -1,5 5 - 20 (9 - 25 % de cafe total) 1 f Jit 1

Crema de cafe: Burbujas mezcladas pequenas, medianas y 1 - 2 grandes abiertas. Cobertura completa de superficie por espuma estable. 25% < 1,0 60% 1 -1,5 15% 1,5 -5,0 15 -25 (10 - 20 % de cafe total) §F ■ ' ™ <ti J| " , ’ f ' / , n ‘ i

Capuchino: Burbujas mezcladas pequenas, medianas y 1 - 2 grandes abiertas. Cobertura completa de superficie por espuma estable. Ligeramente resistente a la deformation al remover con una cuchara. 25% < 1,0 60% 1 -1,5 15% 1,5 -5,0 40 -70 (40 - 55 % de leche total) ' ' ’ i ^

Latte: Burbujas diminutas, uniformes con 1 - 2 burbujas pequenas. Cobertura completa de superficie por espuma estable. 80 % < 0,5 20% 0,5 -1,5 20 -40 (15 - 25 % de leche total) 'K: >;i >v:i:^

Una vez que la crema deseada se ha formado en la bebida usando un canal de eductor correctamente optimizado, es importante controlar la trayectoria de avance de la bebida a traves del cartucho hasta la salida para eliminar o reducir tanto como sea posible cualquier deterioro de la crema.

5

Como se ha mencionado anteriormente, al salir del canal de eductor, el flujo de la bebida alrededor de la camara de circulacion ayuda a aumentar la solidez de la estructura de flujo de bebida antes de la descarga a traves de la boquilla, manteniendo tanto como sea posible la calidad y cantidad de la crema.

10 A fin de controlar la bebida en su emision por la boquilla de salida del cartucho, se emplean de forma ventajosa unas aletas de control. Las Figuras 18 y 19 ilustran unas realizaciones de cartucho segun la presente invention que incorporan aletas de control.

En la Figura 18, como con el aspecto de la description de la Figura 9, el cartucho esta provisto de un eductor que tiene 15 un canal 80 de eductor curvo que se abre tangencialmente a la camara que define la camara 93 de circulacion. Sin embargo, en esta realization, la boquilla 43 de descarga esta provista de cuatro nervaduras o aletas 100. Las aletas

5

10

15

20

100 estan orientadas longitudinalmente a lo largo de la boquilla 43 y son equidistantes alrededor de la circunferencia de la boquilla. Cada aleta 100 se extiende parcialmente hacia el centra de la boquilla 43, de tal forma que se mantiene una abertura central 101 o una region libre dentro de la boquilla 43. Cada aleta 100 se muestra estrechada para tener una forma triangular en alzado, aumentando la distancia de la aleta desde la pared de la boquilla 43 a medida que se desciende por la boquilla 43. Es importante que cada aleta 100 tenga forma estrechada para detener el flujo rotatorio gradualmente. Se ha descubierto durante el uso que la presencia de las aletas 100 mejora en gran medida el suministro de la bebida al receptaculo de destino. En particular, el cartucho con las aletas 100 emite una corriente de bebida que se controla mas rigurosamente y da como resultado menos salpicaduras. Una ventaja con respecto a los disenos del estado de la tecnica es que las aletas 100 evitan la produccion de un rociado conico expandido de bebida desde el cartucho, lo que puede determinar que la bebida no acierte en el receptaculo previsto y tambien puede determinar la perturbacion de toda crema presente en la bebida del receptaculo.

La Figura 19 ilustra otra realizacion de cartucho que es similar a la mostrada en la Figura 18. En esta realizacion, se proporcionan seis aletas 100 en la pared de la boquilla de descarga equidistantes alrededor de la circunferencia. Las aletas 100 tienen forma trapezoidal en alzado.

Se probaron un numero de modelos con configuraciones de nervadura diferentes. Los resultados se muestran en la tabla 2.

Tabla 2.

Diseno de salida (n.° de referenda): Numero y tipo de nervaduras Zona abierta Caractensticas de flujo Espuma

m ' i (Ref.: 51): SIN NERVADURAS 8,88 mm2 Coherencia de direccion: MUY DEFICIENTE. Ninguna corriente principal discernible. El cafe sale por la salida de disco como un cono giratorio con un angulo global de 80 grados Estabilidad: MUY DEFICIENTE Suministro a la taza: MUY DEFICIENTE -la mayor parte de la bebida cae fuera de la taza. Fotografia no tomada - Insuficiente bebida/espuma en la taza.

(Ref.: 55): 1 NERVADURA TRANSVERSAL 7,50 mm2 Coherencia de direccion: DEFICIENTE. La direccion de la corriente principal tiende a variar hasta +/-25 a 30 grados con respecto a la vertical. Estabilidad: DEFICIENTE - Pueden observarse indicios de dos corrientes en direcciones opuestas “compitiendo” entre si. Una corriente es dominante. Suministro a la taza: MUY DEFICIENTE- Rociado lateral significativo fuera de la taza

Diseno de salida

(n.° de referenda)

Numero y tipo de nervaduras

Zona

abierta

Caractensticas de

flujo

Espuma

imagen4

(Ref.: 56)

3 NERVADURAS TRANSVERSALES

6,84 mm2

Coherencia de direccion: BUENA. Corriente principal a menos de 10 grados de la vertical

Estabilidad:

REGULAR - cierto movimiento de la corriente principal dentro de un limite de 10 grados, influenciado por la traccion de un fuerte rociado lateral. Suministro a la taza:

imagen5

DEFICIENTE - una

parte de rociado lateral fuera de la taza

imagen6

4 NERVADURAS TRANSVERSALES POCO

PROFUNDAS

(Ref.: 49)

6,56 mm2

Coherencia de direccion: BUENA. Corriente principal a 10 grados de la vertical Estabilidad:

REGULAR - ligero movimiento de la corriente principal. Mucho rociado lateral fino

Suministro a la taza:

MUY DEFICIENTE -

imagen7

rociado lateral significativo fuera de la taza

imagen8

(Ref.: 58)

4 NERVADURAS TRANSVERSALES PROFUNDAS

6,20 mm2

Coherencia de direccion: BUENA. Maximo a 10 grados de la vertical

Estabilidad:

REGULAR - la corriente oscila rapidamente en varias direcciones, pero dentro de un limite de +/- 10 grados. (Posiblemente debido a flujos vorticiales separados

establecidos en cada cuadrante)

Suministro a la taza:

imagen9

REGULAR a BUENO -

un poco de rociado lateral, mayormente dentro de la taza.

imagen10

(Ref.: 65)

6 NERVADURAS TRANSVERSALES

4,92 mm2

Coherencia de direccion: BUENA. Aproximadamente a 5 - 10 grados de la vertical Estabilidad: BUENA - corriente principal muy estable, pero con un fino rociado lateral. Suministro a la taza: MUY DEFICIENTE - rociado lateral significativo fuera de la taza.

imagen11

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imagen15

Diseno de salida

(n.° de referenda)

Numero y tipo de nervaduras

Zona

abierta

Caractensticas de flujo

Espuma

(Ref.: 63)

4 NERVADURAS ABIERTAS

7,29 mm2

Coherencia de direccion: BUENA. Aproximadamente a 10 grados de la vertical Estabilidad:

REGULAR a BUENA - corriente principal se desplaza un maximo de 5 grados. Suministro a la taza: BUENA - todo en la taza, sin rociado lateral.

6 NERVADURAS ABIERTAS

6,14 mm2

Coherencia de direccion: MUY

BUENA. A menos de 5 grados de la vertical Estabilidad: MUY BUENA - la corriente apenas se mueve. Suministro a la taza: MUY BUENO -todo en la taza, sin rociado lateral.

(Ref.: 50)

Para cada diseno de salida (citado por n.° de referencia), se facilita el numero y el tipo de nervaduras, el area abierta, las caractensticas de flujo y una fotografia.

Los resultados experimentales (y la experimentacion adicional) muestran que entre cuatro y ocho aletas son ventajosos para producir un flujo mas dirigible y confinado de la bebida emitida desde el cartucho sin ningun deterioro perceptible en la calidad o la cantidad de la crema.

Aunque se han descrito anteriormente varios cartuchos segun unos aspectos de la description y unas realizaciones de la presente invention, una o mas cualesquiera o la totalidad de las caractensticas descritas (y/o reivindicadas en las reivindicaciones adjuntas) pueden proporcionarse de forma aislada o en diversas combinaciones en cualquiera de los cartuchos. Asi pues, una o mas cualesquiera de estas caractensticas pueden eliminarse, sustituirse y/o agregarse a cualquiera de las combinaciones de caractensticas descritas y/o reivindicadas. Para evitar dudas, cualquiera de las caractensticas de cualquier aspecto o realization puede combinarse con cualquier otra caractenstica de cualquiera de los aspectos o las realizaciones.

Aunque se han descrito anteriormente e ilustrado en los dibujos unas realizaciones preferidas de la presente invencion, estas se proporcionan unicamente a modo de ejemplo no limitativo. Los expertos en la tecnica apreciaran que son posibles muchas alternativas dentro del alcance de la presente invencion, establecido en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

10
2.

15
3.

20 4.
5. 25
6.

REIVINDICACIONES

Un cartucho (1) que contiene uno o mas ingredientes de bebida y que comprende una entrada (27) para la introduccion de un medio acuoso y una salida (43) para la bebida producida a partir del uno o mas ingredientes de bebida, incorporando el cartucho dentro de una trayectoria de flujo de bebida entre la entrada (27) y la salida (43) un eductor para arrastrar aire hacia la bebida, comprendiendo el eductor una abertura (128) para producir un chorro de la bebida, medios para producir una reduccion de presion del chorro de bebida, y al menos una entrada (71) de aire, ademas comprendiendo el cartucho una camara (93) de circulacion entre el eductor y la salida (43), estando la salida (43) provista de una boquilla de descarga, caracterizado por que la boquilla de descarga comprende al menos una aleta (100) para controlar una direccion de flujo de salida de la bebida que se emite desde el cartucho.

Un cartucho (1) segun la reivindicacion 1, en donde la al menos una aleta (100), preferiblemente cada aleta (100), es estrechada.

Un cartucho (1) segun la reivindicacion 2, en donde el estrechamiento de la o cada aleta (100) es tal que la distancia de una punta o borde de la aleta (100) desde un origen de la aleta (100) aumenta a lo largo de la longitud de la aleta en la direccion de la trayectoria de flujo de bebida entre una entrada y una salida.

Un cartucho (1) segun la reivindicacion 2 o la reivindicacion 3, en donde el estrechamiento de la o cada aleta (100) es tal que detiene de forma controlable el movimiento circulatorio transmitido a la bebida en la camara (93) de circulacion antes de que la bebida se emita desde el cartucho.

Un cartucho (1) segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la o cada aleta (100) se interrumpe antes de atravesar la salida (43) para mantener una abertura central (101).

Un cartucho (1) segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende cuatro o seis aletas (100).