ES2282804T3 - Cartucho para la preparacion de bebidas. - Google Patents

Abstract

Un cartucho (1) conteniendo uno o más ingredientes de bebida (200) y formado de materiales sustancialmente impermeables al aire y al agua, incluyendo el cartucho un compartimiento (134) conteniendo el uno o más ingredientes de bebida, incluyendo el compartimiento una pluralidad de agujeros de entrada (36) para la introducción de un medio acuoso al compartimiento y una pluralidad de agujeros de salida (85) para una bebida producida a partir del uno o más ingredientes de bebida, donde al menos una proporción de los agujeros de entrada están fuera de alineación con los agujeros de salida de modo que al menos una proporción del medio acuoso que entra en el compartimiento a través de los agujeros de entrada tenga que circular dentro del compartimiento antes de salir del compartimiento a través de los agujeros de salida, caracterizado porque los agujeros de entrada (36) están dispuestos alrededor de la periferia del compartimiento.

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 se forman a partir de materiales sustancialmente impermeables al aire y al agua y que contienen uno o varios ingredientes para la preparación de bebidas.

Se ha propuesto previamente sellar ingredientes de preparación de bebidas en paquetes individuales impermeables al aire. Por ejemplo, se conocen cartuchos o cápsulas conteniendo café molido compactado para uso en algunas máquinas de preparación de café que se denominan en general máquinas "espresso". En la producción de café con estas máquinas de preparación, el cartucho de café se coloca en una cámara de preparación y se pasa agua caliente a través del cartucho a presiones relativamente altas, extrayendo por lo tanto los constituyentes aromáticos del café molido para producir la bebida de café. Típicamente, tales máquinas operan a una presión superior a 6 x 10^{5} Pa. Las máquinas de preparación del tipo descrito han sido hasta la fecha relativamente caras puesto que los componentes de la máquina, tal como las bombas de agua y juntas estancas, deben ser capaces de resistir las altas presiones.

En WO01/58786 se describe un cartucho para la preparación de bebidas que opera a una presión generalmente en el rango 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 caro. Por lo tanto, sigue necesitándose un cartucho para la preparación de bebidas donde los cartuchos y la máquina de preparación de bebidas sean adecuados, en particular, para el mercado doméstico en términos de costo, rendimiento y fiabilidad.

Consiguientemente, la presente invención proporciona un cartucho conteniendo uno o más ingredientes de bebida y formado de materiales sustancialmente impermeables al aire y al agua, incluyendo el cartucho un compartimiento conteniendo el uno o más ingredientes de bebida, incluyendo el compartimiento una pluralidad de agujeros de entrada para la introducción de un medio acuoso en el compartimiento y una pluralidad de agujeros de salida para una bebida producida a partir del uno o más ingredientes de bebida, donde al menos una proporción de los agujeros de entrada están fuera de alineación con los agujeros de salida de modo que al menos una proporción del medio acuoso que entra en el compartimiento a través de los agujeros de entrada tenga que circular dentro del compartimiento antes de salir del compartimiento a través de los agujeros de salida, caracterizado porque los agujeros de entrada están dispuestos alrededor de la periferia del compartimiento.

Por el término "cartucho" en el sentido en que se usa aquí se entiende cualquier paquete, depósito, bolsa o receptáculo que contenga uno o más ingredientes de bebida de la manera descrita. El cartucho puede ser rígido, semirrígido 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, uno de café, té, chocolate o una bebida a base de leche incluyendo leche. Los ingredientes de bebida pueden estar en polvo, molidos, a base de hojas o líquidos. Los ingredientes de bebida pueden ser insolubles o solubles. Los ejemplos incluyen café torrefacto y molido, té en hojas, sólidos de cacao en polvo y sopa, bebidas a base de leche líquida, con bebidas con gas y zumos de fruta concentrados.

Ventajosamente, el cartucho de la presente invención incluye agujeros de entrada y agujeros de salida de los que al menos una proporción está fuera de alineación. Esto asegura que el medio acuoso que entra en el compartimiento conteniendo los ingredientes de bebida, no pueda pasar directamente de los agujeros de entrada a los agujeros de salida. En cambio, el medio acuoso es retenido para que circule en el compartimiento antes de salir por los agujeros de salida. Esto incrementa el grado de mezcla del medio acuoso y los ingredientes de bebida dado que sustancialmente todas las partes de los ingredientes de bebida en el compartimiento encuentran el recorrido de flujo de medio acuoso.

Preferiblemente los agujeros de entrada pueden estar equiespaciados alrededor de la periferia del compartimiento. Preferiblemente, los agujeros de salida están situados hacia un centro del compartimiento con relación a los agujeros de entrada. Los agujeros de salida pueden estar equiespaciados alrededor del centro del compartimiento. La equiespaciación de los agujeros de entrada y salida proporciona características de flujo más uniforme dentro del compartimiento que realiza una mezcla más consistente de los ingredientes de bebida y medio acuoso.

Preferiblemente, el cartucho incluye de 3 a 10 agujeros de entrada. En una realización se han previsto 4 agujeros de entrada.

Preferiblemente, el cartucho incluye de 3 a 10 agujeros de salida. En una realización se han previsto 5 agujeros de salida.

Preferiblemente, se disponen números desiguales de agujeros de entrada y agujeros de salida.

Preferiblemente, el número de agujeros de entrada y agujeros de salida viene dado por la fórmula:

X_{o} = X_{i} + C

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donde

X_{i} = el número de agujeros de entrada

X_{o} = el número de agujeros de salida

C = el conjunto de enteros no incluyendo 0 ni nX_{i}

n = cualquier entero.

Ventajosamente, el número de agujeros de entrada y agujeros de salida se elige según la fórmula anterior. Esto es especialmente ventajoso donde el cartucho tiene forma de disco y los agujeros están equiespaciados alrededor del disco dado que entonces no es necesario alinear a conciencia los componentes del cartucho conteniendo los agujeros de entrada y agujeros de salida durante el montaje. Cualquiera que sea la orientación mutua de los componentes, al menos una proporción de los agujeros de entrada y agujeros de salida estarán fuera de alineación. Por ejemplo, con cuatro agujeros de entrada y cinco agujeros de salida, estando todos equiespaciados, es imposible alinear más de un agujero de entrada con un agujero de salida cualquiera que sea la alineación de los componentes conteniendo los agujeros de entrada y salida. Esto da lugar a un procedimiento de montaje mucho más rápido y más simple. Alternativamente, el cartucho puede contener igual número de agujeros de entrada y de salida, pero su espaciación se puede prever para asegurar que al menos una proporción de las entradas y salidas no estén alineadas.

Típicamente, los agujeros de entrada están dispuestos en un elemento exterior del cartucho y los agujeros de salida están dispuestos en un elemento interior del cartucho. Preferiblemente, el elemento interior incluye un pico de descarga que comunica con los agujeros de salida.

En una realización preferida, el cartucho tiene forma de disco. Preferiblemente, el flujo de medio acuoso a través de los agujeros de entrada al compartimiento es dirigido radialmente hacia dentro hacia un centro del cartucho.

El cartucho encuentra aplicación particular con ingredientes de bebida en forma de líquidos viscosos o geles. En una aplicación, el cartucho 1 contiene un ingrediente de chocolate líquido con una viscosidad de entre 1700 y 3900 mPa a temperatura ambiente y entre 5000 y 10000 mPa a 0°C y unos sólidos refractivos de 67 Brix \pm3. En otra aplicación, el cartucho 1 contiene café líquido con una viscosidad de entre 70 y 2000 mPa en ambiente y entre 80 y 5000 mPa a 0°C donde el café tiene un nivel de sólidos totales de entre 40 y 70%.

Con ingredientes de bebida solubles, tal como un líquido viscoso o gel, la mezcla incompleta de los ingredientes con el medio acuoso puede ser un problema especial. En particular, en cartuchos conteniendo tales productos se pueden crear rápidamente canales que enlazan la entrada con la salida del cartucho debido a disolución local del ingrediente. Los canales forman entonces un recorrido de flujo de resistencia relativamente baja para el medio acuoso restante que tenderá a fluir a lo largo de los canales más bien que a través del ingrediente viscoso no disuelto restante en el compartimiento. El cartucho de la presente invención resuelve en gran parte este problema empujando el medio acuoso de manera que recircule dentro del compartimiento, lo que sirve no solamente para disolver una mayor proporción de los ingredientes, sino también para crear turbulencia dentro del compartimiento, que mejora mezcla del ingrediente restante que, a su vez, evita la creación o el mantenimiento de recorridos de flujo de baja resistencia que enlazan los agujeros de entrada con los agujeros de salida.

El elemento exterior y/o el elemento interior se pueden formar de polipropileno y se pueden formar por moldeo por inyección. En una realización el elemento exterior y/o elemento interior están formados de un polímero biodegradable.

En la descripción siguiente los términos "superior" e "inferior" y equivalentes se usarán para describir la posición relacional de características de la invención. Los términos "superior" e "inferior" y equivalentes se deberán entender referidos al cartucho (u otros componentes) en su orientación normal para introducción en una máquina de preparación de bebidas y posterior dispensación como se representa, por ejemplo, en la figura 4. En particular, "superior" y "inferior" se refieren, respectivamente, a posiciones relativas más cerca o más lejos de una superficie superior 11 del cartucho. Además, los términos "interior" y "exterior" y equivalentes se usarán para describir la posición relacional de características de la invención. Los términos "interior" y "exterior" y equivalentes se deberán entender referidos a posiciones relativas en el cartucho (u otros componentes) que están, respectivamente, más cerca o más lejos de un centro o eje principal X del cartucho 1 (u otro componente).

Ahora se describirán realizaciones de la presente invención, a modo de ejemplo solamente, con referencia a los dibujos acompañantes, en los que:

La figura 1 es un dibujo en sección transversal de un elemento exterior de realizaciones primera y segunda del cartucho.

La figura 2 es un dibujo en sección transversal de un detalle del elemento exterior de la figura 1 que representa una extensión cilíndrica dirigida hacia dentro.

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La figura 3 es un dibujo en sección transversal de un detalle del elemento exterior de la figura 1 que representa una ranura.

La figura 4 es una vista en perspectiva superior del elemento exterior de la figura 1.

La figura 5 es una vista en perspectiva superior del elemento exterior de la figura 1 en una orientación invertida.

La figura 6 es una vista en planta desde arriba del elemento exterior de la figura 1.

La figura 7 es un dibujo en sección transversal de un elemento interior de la primera realización del cartucho.

La figura 8 es una vista en perspectiva superior del elemento interior de la figura 7.

La figura 9 es una vista en perspectiva superior del elemento interior de la figura 7 en una orientación invertida.

La figura 10 es una vista en planta desde arriba del elemento interior de la figura 7.

La figura 11 es un dibujo en sección transversal de la primera realización del cartucho en una condición montada.

La figura 12 es un dibujo en sección transversal de un elemento interior de la segunda realización del cartucho.

La figura 13 es un dibujo en sección transversal de un detalle del elemento interior de la figura 12 que representa un agujero.

La figura 14 es una vista en perspectiva superior del elemento interior de la figura 12.

La figura 15 es una vista en perspectiva superior del elemento interior de la figura 12 en una orientación invertida.

La figura 16 es otro dibujo en sección transversal del elemento interior de la figura 12.

La figura 17 es un dibujo en sección transversal de otro detalle del elemento interior de la figura 12 que representa una entrada de aire.

La figura 18 es un dibujo en sección transversal de la segunda realización del cartucho en una condición montada.

La figura 19 es un dibujo en sección transversal de un elemento exterior de las realizaciones tercera y cuarta del cartucho.

La figura 20 es un dibujo en sección transversal de un detalle del elemento exterior de la figura 19 que representa una extensión cilíndrica dirigida hacia dentro.

La figura 21 es una vista en planta desde arriba del elemento exterior de la figura 19.

La figura 22 es una vista en perspectiva superior del elemento exterior de la figura 19.

La figura 23 es una vista en perspectiva superior del elemento exterior de la figura 19 en una orientación invertida.

La figura 24 es un dibujo en sección transversal de un elemento interior de la tercera realización del cartucho.

La figura 25 es una vista en planta desde arriba del elemento interior de la figura 24.

La figura 26 es un dibujo en sección transversal de un detalle del elemento interior de la figura 24 que representa un borde superior vuelto hacia dentro.

La figura 27 es una vista en perspectiva superior del elemento interior de la figura 24.

La figura 28 es una vista en perspectiva superior del elemento interior de la figura 24 en una orientación invertida.

La figura 29 es un dibujo en sección transversal de la tercera realización del cartucho en una condición montada.

La figura 30 es un dibujo en sección transversal de un elemento interior de la cuarta realización del cartucho.

La figura 31 es una vista en planta desde arriba del elemento interior de la figura 30.

La figura 32 es una vista en perspectiva superior del elemento interior de la figura 30.

La figura 33 es una vista en perspectiva superior del elemento interior de la figura 30 en una orientación invertida.

La figura 34 es un dibujo en sección transversal de la cuarta realización del cartucho en una condición montada.

La figura 35a es un gráfico de concentración en función del tiempo del ciclo operativo.

La figura 35b es un gráfico de la espumabilidad en función del tiempo del ciclo operativo.

Y la figura 35c es un gráfico de temperatura en función del tiempo del ciclo operativo.

Como se representa en la figura 11, el cartucho 1 incluye en general un elemento exterior 2, un elemento interior 3 y un laminado 5. El elemento exterior 2, el elemento interior 3 y el laminado 5 están montados formando el cartucho 1 que tiene un interior 120 para contener uno o varios ingredientes de bebida, una entrada 121, una salida 122 y un recorrido de flujo de bebida que enlaza la entrada 121 con la salida 122 y que pasa por el interior 120. La entrada 121 y la salida 122 están selladas inicialmente por el laminado 5 y se abren durante el uso perforando o cortando el laminado 5. El recorrido de flujo de bebida se define por interrelaciones espaciales entre el elemento exterior 2, el elemento interior 3 y el laminado 5 como se explica a continuación. Se puede incluir opcionalmente otros componentes en el cartucho 1, tal como un filtro 4, como se describirá mejor a continuación.

Una primera versión del cartucho 1 que se describirá a efectos de antecedentes se representa en las figuras 1 a 11. La primera versión del cartucho 1 está destinada en particular a uso al dispensar productos filtrados tal como café torrefacto y molido o té en hojas. Sin embargo, esta versión del cartucho 1 y las otras versiones descritas más adelante se pueden usar con otros productos tal como chocolate, café, té, edulcorantes, refrescos, aromatizantes, bebidas alcohólicas, leche aromatizada, zumos de fruta, extractos, salsas y postres.

Como se puede ver en la figura 5, la forma general del cartucho 1 es generalmente circular o de disco, siendo el diámetro del cartucho 1 considerablemente mayor que su altura. Un eje principal X pasa por el centro del elemento exterior como se representa en la figura 1. Típicamente el diámetro general del elemento exterior 2 es 74,5 mm \pm 6 mm y
la altura general es 16 mm \pm 3 mm. Típicamente el volumen del cartucho 1 cuando está montado es de 30,2 ml \pm 20%.

El elemento exterior 2 incluye en general una campana en forma de cuenco 10 que tiene una pared anular curvada 13, una parte superior cerrada 11 y un fondo abierto 12. El diámetro del elemento exterior 2 es más pequeño en la parte superior 11 en comparación con el diámetro en el fondo 12, que resulta de un abocinamiento de la pared anular 13 cuando pasa de la parte superior cerrada 11 al fondo abierto 12. La pared anular 13 y la parte inferior cerrada 11 definen conjuntamente un receptáculo que tiene un interior 34.

Se ha previsto una extensión cilíndrica hueca dirigida hacia dentro 18 en la parte superior cerrada 11 centrada en el eje principal X. Como se muestra más claramente en la figura 2, la extensión cilíndrica 18 incluye un perfil escalonado que tiene porciones primera, segunda y tercera 19, 20 y 21. La primera porción 19 es cilíndrica circular recta. La segunda porción 20 es de forma frustocónica y está ahusada hacia dentro. La tercera porción 21 es otro cilindro circular recto y se cierra por una cara inferior 31. El diámetro de las porciones primera, segunda y tercera 19, 20 y 21 disminuye incrementalmente de tal manera que el diámetro de la extensión cilíndrica 18 disminuya al pasar de la parte superior 11 a la cara inferior cerrada 31 de la extensión cilíndrica 18. Un saliente generalmente horizontal 32 se forma en la extensión cilíndrica 18 en la unión entre las porciones segunda y tercera 20 y 21.

Se ha formado un saliente que se extiende hacia fuera 33 en el elemento exterior 2 hacia el fondo 12. El saliente que se extiende hacia fuera 33 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 elemento exterior 2. Se ha previsto una serie de ranuras 17 en la pared anular 13 a nivel con el colector 16 para proporcionar comunicación de gas y líquido entre el colector 16 y el interior 34 del elemento exterior 2. Como se representa en la figura 3, las ranuras 17 incluyen hendiduras verticales en la pared anular 13. Se ha previsto entre 20 y 40 ranuras. En la realización representada se ha previsto treinta y siete ranuras 17 equiespaciadas en general alrededor de la circunferencia del colector 16. Las ranuras 17 tienen preferiblemente entre 1,4 y 1,8 mm de longitud. Típicamente la longitud de cada ranura es 1,6 mm, que representa 10% de la altura general del elemento exterior 2. La anchura de cada ranura es de 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 evitar que los ingredientes de bebida pasen a su través al colector 16 durante el almacenamiento o durante el uso.

Se ha formado una cámara de entrada 26 en el elemento exterior 2 en la periferia del elemento exterior 2. Se ha previsto una pared cilíndrica 27, como se representa muy claramente en la figura 5, que define la cámara de entrada 26 dentro, y divide la cámara de entrada 26, del interior 34 del elemento exterior 2. La pared cilíndrica 27 tiene una cara superior cerrada 28 que se forma en un plano perpendicular al eje principal X y un extremo inferior abierto 29 coplanar con el fondo 12 del elemento exterior 2. La cámara de entrada 26 comunica con el colector 16 a través de dos ranuras 30 como se representa en la figura 1. Alternativamente, se puede usar entre una y cuatro ranuras para comunicar entre el colector 16 y la cámara de entrada 26.

Un extremo inferior del saliente que se extiende hacia fuera 33 está provisto de una pestaña que se extiende hacia fuera 35 y que se extiende perpendicularmente al eje principal X. Típicamente la pestaña 35 tiene una anchura de entre 2 y 4 mm. Una porción de la pestaña 35 está ampliada para formar un asidero 24 con el que se puede sujetar el elemento exterior 2. El asidero 24 está provisto de un reborde vuelto hacia arriba 25 para mejorar el agarre.

El elemento exterior 2 se forma como una sola pieza integral 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 que se puede adquirir de DSM UK Limited (Redditch, Reino Unido). El elemento exterior puede ser opaco, transparente o translúcido. El proceso de fabricación puede ser moldeo por inyección.

El elemento interior 3 representado en las figuras 7 a 10 incluye un bastidor anular 41 y un embudo cilíndrico que se extiende hacia abajo 40. Un eje principal X pasa por el centro del elemento interior 3 como se representa en la figura 7.

Como se representa bien en la figura 8, el bastidor anular 41 incluye un reborde exterior 51 y un cubo interior 52 unidos por diez radios radiales equiespaciados 53. El cubo interior 52 es integral y se extiende desde el embudo cilíndrico 40. Se ha formado agujeros de filtración 55 en el bastidor anular 41 entre los radios radiales 53. Un filtro 4 está dispuesto en el bastidor anular 41 de manera que cubra los agujeros de filtración 55. El filtro se hace preferiblemente de un material con una alta resistencia en húmedo, por ejemplo un material de fibra no tejido de poliéster. Otros materiales que se puede usar incluyen un material celulósico impermeable al agua, tal como un material celulósico incluyendo fibras tejidas de papel. Las fibras tejidas de papel se pueden mezclar con fibras de polipropileno, cloruro de polivinilo y/o polietileno. La incorporación de estos materiales plásticos al material celulósico hace que el material celulósico sea termosellable. El filtro 4 también se puede tratar o recubrir con un material que se active por calor y/o presión de manera que se pueda sellar al bastidor anular 41 de esta forma.

Como se representa en el perfil en sección transversal de la figura 7, el cubo interior 52 está situado en una posición más baja que el reborde exterior 51, dando lugar a que el bastidor anular 41 tenga un perfil más bajo inclinado.

La superficie superior de cada radio 53 está provista de una hoja vertical 54 que divide un espacio vacío encima del bastidor anular 41 en una pluralidad de pasos 57. Cada paso 57 está delimitado a ambos lados por una hoja 54 y en una cara inferior por el filtro 4. Los pasos 57 se extienden desde el reborde exterior 51 hacia abajo, y se abren, al embudo cilíndrico 40 en agujeros 56 definidos por los extremos interiores de las hojas 54.

El embudo cilíndrico 40 incluye un tubo exterior 42 que rodea un pico de descarga interior 43. El tubo exterior 42 forma el exterior del embudo cilíndrico 40. El pico de descarga 43 está unido al tubo exterior 42 en un extremo superior del pico de descarga 43 por medio de una pestaña anular 47. El pico de descarga 43 incluye en un extremo superior una entrada 45 que comunica con los agujeros 56 de los pasos 57 y en un extremo inferior una salida 44 a través de la que la bebida preparada se descarga a una copa u otro receptáculo. El pico de descarga 43 incluye una porción frustocónica 48 en un extremo superior y una porción cilíndrica 58 en un extremo inferior. La porción cilíndrica 58 puede tener un ligero ahusamiento de tal manera que se estreche hacia la salida 44. La porción frustocónica 48 contribuye a canalizar la bebida de los pasos 57 hacia la salida 44 sin inducir turbulencia en la bebida. Una superficie superior de la porción frustocónica 48 está provista de cuatro hojas de soporte 49 equiespaciadas alrededor de la circunferencia del embudo cilíndrico 40. Las hojas de soporte 49 definen canales 50 entremedio. Los bordes superiores de las hojas de soporte 49 están a nivel entre sí y perpendiculares al eje principal X.

El elemento interior 3 se puede formar como una sola pieza integral de polipropileno o un material similar como se ha descrito anteriormente y por moldeo por inyección de la misma manera que el elemento exterior 2.

Alternativamente, el elemento interior 3 y/o el elemento exterior 2 se pueden hacer de un polímero biodegradable. Los ejemplos de materiales adecuados incluyen polietileno degradable (por ejemplo, SPITEK suministrado por Symphony Environmental, Borehamwood, Reino Unido), poliéster amida biodegradable (por ejemplo, BAK 1095 suministrado por Symphony Environmental), ácidos polilácticos (PLA suministrado por Cargil, Minnesota, EE.UU.), polímeros a base de almidón, derivados de celulosa y polipéptidos.

El laminado 5 se forma a partir de dos capas, una primera capa de aluminio y una segunda capa de polipropileno fundido. La capa de aluminio es de entre 0,02 y 0,07 mm de grosor. La capa de polipropileno fundido es de entre 0,025 y 0,065 mm de grosor. En una realización la capa de aluminio es 0,06 mm y la capa de polipropileno es 0,025 mm de grosor. Este laminado es especialmente ventajoso porque tiene una alta resistencia a la ondulación durante el montaje. Como resultado, el laminado 5 se puede precortar al tamaño y la forma correctos y después transferir a la estación de montaje en la línea de producción sin experimentar distorsión. En consecuencia, el laminado 5 es especialmente adecuado para soldadura. Se puede usar otros materiales laminados incluyendo laminados de PET/aluminio/PP, PE/EVOH/PP, PET/metalizado/PP y aluminio/PP. Se puede usar material laminado en rollo en lugar de material cortado a troquel.

El cartucho 1 se puede cerrar con una tapa rígida o semirrígida en lugar de un laminado flexible.

El montaje del cartucho 1 implica los pasos siguientes:

a)

el elemento interior 3 se introduce en el elemento exterior 2;

b)

el filtro 4 se corta a forma y coloca sobre el elemento interior 3 de manera que se reciba sobre el embudo cilíndrico 40 y descanse sobre el bastidor anular 41;

c)

el elemento interior 3, el elemento exterior 2 y el filtro 4 se unen por soldadura ultrasónica;

d)

el cartucho 1 se llena de uno o varios ingredientes de bebida;

e)

el laminado 5 se fija al elemento exterior 2.

Estos pasos se explicarán con mayor detalle a continuación.

El elemento exterior 2 está orientado con el fondo abierto 12 dirigido hacia arriba. El elemento interior 3 se introduce después en el elemento exterior 2 recibiéndose el reborde exterior 51 como un ajuste flojo en una extensión axial 14 en la parte superior 11 del cartucho 1. La extensión cilíndrica 18 del elemento exterior 2 se recibe al mismo tiempo en la porción superior del embudo cilíndrico 40 del elemento interior 3. La tercera porción 21 de la extensión cilíndrica 18 asienta dentro del embudo cilíndrico 40 con la cara inferior cerrada 31 de la extensión cilíndrica 18 apoyando sobre las hojas de soporte 49 del elemento interior 3. El filtro 4 se coloca después sobre el elemento interior 3 de tal manera que el material de filtro contacte el reborde anular 51. A continuación se utiliza un proceso de soldadura ultrasónica para unir el filtro 4 al elemento interior 3 y al mismo tiempo, y en el mismo paso de proceso, el elemento interior 3 al elemento exterior 2. El elemento interior 3 y el filtro 4 se sueldan alrededor del reborde exterior 51. El elemento interior 3 y el elemento exterior 2 se unen por medio de líneas de soldadura alrededor del reborde exterior 51 y también los bordes superiores de las hojas 54.

Como se muestra más claramente en la figura 11, el elemento exterior 2 y el elemento interior 3 cuando están unidos definen un espacio vacío 130 en el interior 120 debajo de la pestaña anular 41 y fuera del embudo cilíndrico 40 que forma una cámara de filtración. La cámara de filtración 130 y los pasos 57 encima del bastidor anular 41 están separados por el papel filtro 4.

La cámara de filtración 130 contiene el único o los varios ingredientes de bebida 200. El único o los varios ingredientes de bebida se empaquetan en la cámara de filtración 130. Para una bebida de tipo filtrado los ingredientes son típicamente café torrefacto y molido u hojas de té. La densidad de envasado de los ingredientes de bebida en la cámara de filtración 130 se puede variar según se desee. Típicamente, para un producto de café filtrado la cámara de filtración contiene entre 5,0 y 10,2 gramos de café torrefacto y molido en un lecho de filtración de típicamente 5 a 14 mm de grosor. Opcionalmente, el interior 120 puede contener uno o varios cuerpos, tal como esferas, que se pueden mover libremente dentro del interior 120 para facilitar la mezcla induciendo turbulencia y rompiendo los depósitos de ingredientes de bebida durante la descarga de la bebida.

El laminado 5 se fija después al elemento 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 que se extiende hacia fuera 35. 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, se forma una soldadura 125 entre el laminado 5 y el borde inferior del tubo exterior 42 del embudo cilíndrico 40. El laminado 5 forma la pared inferior de la cámara de filtración 130 y también sella la cámara de entrada 26 y el embudo cilíndrico 40. Sin embargo, existe un pequeño intervalo 123 antes de la dispensación entre el laminado 5 y el borde inferior del pico de descarga 43. Se puede usar varios métodos de soldadura, tales como soldadura por calor y ultrasónica, dependiendo de las características del material del laminado 5.

Ventajosamente, el elemento interior 3 se extiende entre el elemento exterior 2 y el laminado 5. El elemento interior 3 se forma a partir de un material de rigidez relativa, tal como polipropileno. Como tal, el elemento interior 3 forma un elemento de soporte de carga que actúa para mantener el laminado 5 y el elemento exterior 2 separados cuando se comprime el cartucho 1. Se prefiere que el cartucho 1 se someta a una carga compresiva de entre 130 y 280N durante el uso. La fuerza de compresión actúa para evitar que el cartucho falle bajo presurización interior y también sirve para comprimir el elemento interior 3 y elemento exterior 2 conjuntamente. Esto garantiza que las dimensiones interiores de los pasos y agujeros en el cartucho 1 sean fijas e incapaces de cambiar durante la presurización del cartucho 1.

Para utilizar el cartucho 1, en primer lugar se introduce en una máquina de preparación de bebidas y la entrada 121 y la salida 122 se abren por elementos perforantes de la máquina de preparación de bebidas que perforan y pliegan de nuevo el laminado 5. Un medio acuoso, típicamente agua, a presión entra en el cartucho 1 a través de la entrada 121 a la cámara de entrada 26 a una presión de entre 0,1-2,0 bar (10-200 KPa). Desde allí el agua se dirige por las ranuras 30 y dando la vuelta al colector 16 y a la cámara de filtración 130 del cartucho 1 a través de la pluralidad de ranuras 17. El agua es empujada radialmente hacia dentro a través de la cámara de filtración 130 y se mezcla con los ingredientes de bebida 200 contenidos en ella. El agua es empujada al mismo tiempo hacia arriba a través de los ingredientes de bebida. La bebida formada por el paso del agua a través de los ingredientes de bebida pasa por el filtro 4 y los agujeros de filtración 55 a los pasos 57 que están encima del bastidor anular 41. El sellado del filtro 4 sobre los radios 53 y la soldadura del reborde 51 con el elemento exterior 2 garantiza que no haya cortocircuitos y que toda la bebida tenga que pasar por el filtro 4.

La bebida fluye después hacia abajo a lo largo de los pasos radiales 57 formados entre las hojas 54 y por los agujeros 56 y al embudo cilíndrico 40. La bebida pasa a lo largo de los canales 50 entre las hojas de soporte 47 y baja por el pico de descarga 43 a la salida 44 donde la bebida se descarga a un receptáculo tal como una taza.

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Preferiblemente, la máquina de preparación de bebidas incluye un dispositivo de purga de aire, donde el aire comprimido es empujado a través del cartucho 1 al final del ciclo de dispensación para expulsar la bebida restante al receptáculo.

Una segunda versión del cartucho 1 se describirá ahora a efectos de antecedentes con referencia a las figuras 12 a 18. La segunda versión del cartucho 1 está destinada especialmente para uso al dispensar productos de tipo espresso tal como café torrefacto y molido donde es deseable producir una bebida que tiene una capa superior de diminutas burbujas denominadas crema. Muchas de las características de la segunda versión del cartucho 1 son las mismas que las de la primera versión y se han usado números análogos para hacer referencia a características análogas. En la descripción siguiente se explicarán las diferencias entre las versiones primera y segunda. Las características comunes que funcionan de la misma manera no se explicarán con detalle.

El elemento exterior 2 es de la misma construcción que en la primera versión del cartucho 1 y como se representa en las figuras 1 a 6.

El bastidor anular 41 del elemento interior 3 es el mismo que en la primera versión. Además, un filtro 4 está dispuesto en el bastidor anular 41 para cubrir los agujeros de filtración 55. El tubo exterior 42 del embudo cilíndrico 40 también es como antes. Sin embargo, hay varias diferencias en la construcción del elemento interior 2 de la segunda versión en comparación con la primera versión. Como se representa en la figura 16, el pico de descarga 43 está provisto de un tabique 65 que sube en parte por el pico de descarga 43 de la salida 44. El tabique 65 contribuye a evitar que la bebida se esparza y/o salpique cuando salga del pico de descarga 43. El perfil del pico de descarga 43 también es diferente e incluye un perfil escalonado con una pata curvada distinta 66 cerca de un extremo superior del tubo 43.

Se ha previsto un reborde 67 que se alza desde la pestaña anular 47 uniendo el tubo exterior 42 al pico de descarga 43. El reborde 67 rodea la entrada 45 al pico 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 de un saliente dirigido hacia dentro 68. En un punto alrededor de la circunferencia del reborde 67 se ha previsto un agujero 70 en forma de una ranura que se extiende desde un borde superior del reborde 67 a un punto marginalmente debajo del nivel del saliente 68 como se muestra muy claramente en las figuras 12 y 13. La ranura tiene una anchura de 0,64 mm.

En la pestaña anular 47 se ha dispuesto una entrada de aire 71 alineada circunferencialmente con el agujero 70 como se representa en las figuras 16 y 17. La entrada de aire 71 incluye un agujero que pasa a través de la pestaña 47 de manera que proporcione comunicación entre un punto encima de la pestaña 47 y el espacio vacío debajo de la pestaña 47 entre el tubo exterior 42 y el pico de descarga 43. Preferiblemente, y como se representa, la entrada de aire 71 incluye una porción frustocónica superior 73 y una porción cilíndrica inferior 72. La entrada de aire 71 se forma típicamente por una herramienta de molde tal como un pasador. El perfil ahusado de la entrada de aire 71 permite quitar la herramienta de molde más fácilmente del componente moldeado. La pared del tubo exterior 42 cerca de la entrada de aire 71 se configura para formar una canaleta 75 que conduce desde la entrada de aire 71 a la entrada 45 del pico de descarga 43. Como se representa en la figura 17, entre la entrada de aire 71 y la canaleta 75 se forma un saliente inclinado 74 para garantizar que el chorro de bebida que sale de la ranura 70 no caiga inmediatamente sobre la superficie superior de la pestaña 47 en la proximidad inmediata de la entrada de aire 71.

El procedimiento de montaje de la segunda versión del cartucho 1 es similar al montaje de la primera versión. Sin embargo, hay algunas diferencias. Como se representa en la figura 18, la tercera porción 21 de la extensión cilíndrica 18 está asentada dentro del reborde de soporte 67 en vez de contra las hojas de soporte. El saliente 32 de la extensión cilíndrica 18 entre la segunda porción 20 y la tercera porción 21 apoya sobre el borde superior del reborde de soporte 67 del elemento interior 3. Así se forma una zona de interface 124 entre el elemento interior 3 y el elemento exterior 2 incluyendo entre la extensión cilíndrica 18 y el reborde de soporte 67 una junta estanca frontal que se extiende alrededor de casi toda la circunferencia del cartucho 1. No obstante, la junta estanca entre la extensión cilíndrica 18 y el reborde de soporte 67 no es estanca a los fluidos puesto que la ranura 70 en el reborde de soporte 67 se extiende a través del reborde de soporte 67 y hacia abajo a un punto marginalmente debajo del saliente 68. En consecuencia, el ajuste de interface entre la extensión cilíndrica 18 y el reborde de soporte 67 transforma la ranura 70 en un agujero 128, como se muestra muy claramente en la figura 18, proporcionando comunicación de gas y líquido entre el canal anular 69 y el pico de descarga 43. El agujero es típicamente de 0,64 mm de ancho por 0,69 mm de largo.

La operación de la segunda versión del cartucho 1 para dispensar una bebida es similar a la operación de la primera versión pero con algunas diferencias. La bebida en los pasos radiales 57 fluye hacia abajo a lo largo de los pasos 57 formados entre las hojas 54 y a través de los agujeros 56 y al canal anular 69 del embudo cilíndrico 40. Desde el canal anular 69 la bebida es empujada a presión a través del agujero 128 por la contrapresión de bebida que se recoge en la cámara de filtración 130 y los pasos 57. La bebida es empujada así a través del agujero 128 como un chorro y a una cámara de expansión formada por el extremo superior del pico de descarga 43. Como se representa en la figura 18, el chorro de bebida pasa directamente sobre la entrada de aire 71. Cuando la bebida entra en el pico de descarga 43, la presión del chorro de bebida cae. Como resultado, se incorpora aire a la corriente de bebida en forma de una multitud de pequeñas burbujas de aire cuando el aire es aspirado a través de la entrada de aire 71. El chorro de bebida que sale del agujero 128 es canalizado hacia abajo a la salida 44 donde la bebida se descarga a un receptáculo tal como una copa donde las burbujas de aire forman la crema deseada. Así, el agujero 128 y la entrada de aire 71 forman juntamente un eductor que actúa para arrastrar aire a la bebida. El flujo de bebida al eductor se deberá mantener tan suave como sea posible para reducir las pérdidas de presión. Ventajosamente, las paredes del eductor deberán ser cóncavas para reducir las pérdidas debidas a rozamiento por "efecto pared". La tolerancia dimensional del agujero 128 es pequeña. Preferiblemente el tamaño del agujero es fijo más o menos 0,02 mm^{2}. Se puede disponer hilos, fibrillas u otras irregularidades superficiales dentro o en la salida del eductor para incrementar el área en sección transversal efectiva que se ha hallado que incrementa el grado de arrastre de aire.

Una tercera versión del cartucho 1 se representa en las figuras 19 a 29. La tercera versión del cartucho 1 está diseñada especialmente para uso al dispensar productos solubles que pueden estar en polvo, líquido, sirope, gel o una forma similar. El producto soluble es disuelto por, o forma una suspensión en, un medio acuoso tal como agua cuando el medio acuoso se pasa, durante el uso, a través del cartucho 1. Los ejemplos de bebidas incluyen chocolate, café, leche, té, sopa u otros productos rehidratables o solubles-acuosos. Muchas de las características de la tercera versión del cartucho 1 son las mismas que en las versiones anteriores y se han usado números análogos para hacer referencia a características análogas. En la descripción siguiente se explicarán las diferencias entre las versiones tercera y anteriores. No se explicarán con detalle las características comunes que funcionan de la misma manera.

En comparación con el elemento exterior 2 de las versiones anteriores, la extensión cilíndrica hueca dirigida hacia dentro 18 del elemento exterior 2 de la tercera versión tiene un diámetro general más grande como se representa en la figura 20. En particular, el diámetro de la primera porción 19 es típicamente de entre 16 y 18 mm en comparación con 13,2 mm para el elemento exterior 2 de las versiones anteriores. Además, la primera porción 19 está provista de una superficie exterior convexa 19a, o abombamiento, como se muestra muy claramente en la figura 20, cuya función se describirá a continuación. Sin embargo, el diámetro de las terceras porciones 21 de los cartuchos 1 es el mismo, lo que da lugar a que el área del saliente 32 sea mayor en esta tercera versión del cartucho 1. Típicamente el volumen del cartucho 1 cuando está montado es 32,5 ml \pm20%.

El número y la colocación de las ranuras en el extremo inferior de la pared anular 13 también es diferente. Se han previsto entre 3 y 5 ranuras. En la realización representada en la figura 23, se han previsto cuatro ranuras 36 equiespaciadas alrededor de la circunferencia del colector 16. Las ranuras 36 son ligeramente más anchas que en las versiones anteriores del cartucho 1 que son de entre 0,35 y 0,45 mm, preferiblemente 0,4 mm de ancho.

En otros aspectos los elementos exteriores 2 de los cartuchos 1 son los mismos.

La construcción del embudo cilíndrico 40 del elemento interior 3 es la misma que en la primera versión del cartucho 1 disponiéndose un tubo exterior 42, pico de descarga 45, pestaña anular 47 y hojas de soporte 49. La única diferencia es que el pico de descarga 45 se configura con una sección frustocónica superior 92 y una sección cilíndrica inferior 93.

En contraposición a las versiones anteriores y como se representa en las figuras 24 a 28, el bastidor anular 41 se sustituye por una porción de faldilla 80 que rodea el embudo cilíndrico 40 y está unida a él por medio de ocho largueros radiales 87 que se unen al embudo cilíndrico 40 en o cerca de la pestaña anular 47. Una extensión cilíndrica 81 de la porción de faldilla 80 se extiende hacia arriba de los largueros 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 representa en la figura 26. Una pared anular 82 de la porción de faldilla 80 se extiende hacia abajo de los largueros 87 para definir un canal anular 86 entre la porción de faldilla 80 y el tubo exterior 42.

La pared anular 82 incluye en un extremo inferior una pestaña exterior 83 que es perpendicular al eje principal X. Un reborde 84 cuelga hacia abajo de una superficie inferior de la pestaña 83 y contiene cinco agujeros 85 que están equiespaciados circunferencialmente alrededor del reborde 84. Así, el reborde 84 está provisto de un perfil inferior almenado.

Los agujeros 89 están dispuestos entre los largueros 87 permitiendo la comunicación entre la cámara 90 y el canal anular 86.

El procedimiento de montaje de la tercera versión del cartucho 1 es similar al montaje de la primera versión pero con ciertas diferencias. El elemento exterior 2 y elemento interior 3 son encajados a presión conjuntamente como se representa en la figura 29 y retenidos por medio de una disposición de encaje por salto más bien que soldados juntamente. Al unir los dos elementos, la extensión cilíndrica dirigida hacia dentro 18 es recibida dentro de la extensión cilíndrica exterior 81 de la porción de faldilla 80. El elemento interior 3 es retenido en el elemento exterior 2 por interenganche de rozamiento de la superficie convexa exterior 19a de la primera porción 19 de la extensión cilíndrica 18 con el borde vuelto hacia dentro 91 de la extensión cilíndrica exterior 81. Con el elemento interior 3 situado en el elemento exterior 2 se define una cámara de mezcla 134 situada fuera de la porción de faldilla 80. La cámara de mezcla 134 contiene los ingredientes de bebida 200 antes de la dispensación. Se deberá indicar que las cuatro entradas 36 y los cinco agujeros 85 están decalados circunferencialmente uno con respecto a otro. La posición radial de las dos partes una con relación a otra no se tiene que determinar o fijar durante el montaje dado que el uso de cuatro entradas 36 y cinco agujeros 85 asegura que tenga lugar desalineación entre las entradas y agujeros cualquiera que sea la posición rotacional relativa de los componentes. Se puede prever otros números de agujeros de entrada y salida según la fórmula:

X_{o} = X_{i} + C

donde

X_{i} = el número de agujeros de entrada

X_{o} = el número de agujeros de salida

C = el conjunto de enteros positivos o negativos no incluyendo 0 ni nX_{i}

n = cualquier entero.

Alternativamente, se puede disponer el mismo número de agujeros de entrada y salida no equiespaciados alrededor del cartucho para asegurar que las entradas y salidas no estén alineadas.

El único o los varios ingredientes de bebida se empaquetan en la cámara mezcladora 134 del cartucho. La densidad de empaquetado de los ingredientes de bebida en la cámara mezcladora 134 se puede variar según se desee.

El laminado 5 se fija entonces al elemento exterior 2 y el elemento interior 3 de la misma manera descrita anteriormente en las versiones anteriores.

Durante el uso, entra agua en la cámara mezcladora 134 a través de las cuatro ranuras 36 de la misma manera que en las versiones anteriores del cartucho. El agua es empujada radialmente hacia dentro a través de la cámara mezcladora y se mezcla con los ingredientes de bebida que contiene. El producto se disuelve o mezcla en el agua y forma la bebida en la cámara mezcladora 134 y después es movida a través de los agujeros 85 al canal anular 86 por la contrapresión de la bebida y el agua en la cámara mezcladora 134. El escalonamiento circunferencial de las cuatro ranuras de entrada 36 y los cinco agujeros 85 garantiza que no puedan pasar chorros de agua radialmente directamente desde las ranuras de entrada 36 a los agujeros 85 sin circular primero dentro de la cámara mezcladora 134. De esta forma, se incrementa considerablemente el grado y la consistencia de la disolución o mezcla del producto. La bebida es empujada hacia arriba en el canal anular 86, a través de los agujeros 89 entre los largueros 87 y a la cámara 90. La bebida pasa de la cámara 90 a través de las entradas 45 entre las hojas de soporte 49 al pico de descarga 43 y hacia la salida 44 donde la bebida se descarga a un receptáculo tal como una copa. El cartucho halla aplicación especial con ingredientes de bebida en forma de líquidos viscosos o geles. En una aplicación el cartucho 1 contiene un ingrediente de chocolate líquido con una viscosidad de entre 1700 y 3900 mPa a temperatura ambiente y entre 5000 y 10000 mPa a 0°C y unos sólidos refractivos de 67 Brix \pm3. En otra aplicación el cartucho 1 contiene café líquido con una viscosidad de entre 70 y 2000 mPa a temperatura ambiente y entre 80 y 5000 mPa a 0°C donde el café tiene un nivel total de sólidos de entre 40 y 70%. El ingrediente de café líquido puede contener entre 0,1 y 2,0% en peso de bicarbonato sódico, preferiblemente entre 0,5 y 1,0% en peso. El bicarbonato sódico sirve para mantener el nivel de pH del café a o por debajo de 4,8, permitiendo una duración en almacenamiento de los cartuchos llenos de café de hasta 12 meses.

Una cuarta versión del cartucho 1 se representa en las figuras 30 a 34. La cuarta versión del cartucho 1 está diseñada especialmente para uso al dispensar 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 usado números análogos para hacer referencia a características análogas. En la descripción siguiente se explicarán las diferencias entre las versiones cuarta y anteriores. No se explicará con detalle las características comunes que funcionan de la misma manera.

El elemento exterior 2 es el mismo que en la tercera versión del cartucho 1 y como se representa en las figuras 19 a 23.

El embudo cilíndrico 40 del elemento interior 3 es similar al representado en la segunda versión del cartucho 1 pero con algunas diferencias. Como se representa en la figura 30, el pico de descarga 43 se configura con una sección frustocónica superior 106 y una sección cilíndrica inferior 107. Se han previsto tres nervios axiales 105 en la superficie interior del pico de descarga 43 para dirigir la bebida dispensada hacia abajo hacia la salida 44 y evitar que la bebida descargada gire dentro del pico. En consecuencia, los nervios 105 hacen de deflectores. Como en la segunda versión del cartucho 1, se ha dispuesto una entrada de aire 71 a través de la pestaña anular 47. Sin embargo, la canaleta 75 debajo de la entrada de aire 71 es más alargada que en la segunda versión.

Se ha previsto una porción de faldilla 80 parecida a la representada en la tercera versión del cartucho 1 descrita anteriormente. Se han previsto entre 5 y 12 agujeros 85 en el reborde 84. Típicamente se prevén diez agujeros en vez de los cinco dispuestos en la tercera versión del cartucho 1.

Se ha previsto una copa anular 100 que se extiende desde y es integral con la pestaña 83 de la porción de faldilla 80. La copa anular 100 incluye un cuerpo abocinado 101 con una boca superior abierta 104 que se dirige hacia arriba. Cuatro agujeros de alimentación 103 representados en las figuras 30 y 31 están situados en el cuerpo 101 en o cerca del extremo inferior de la copa 100 donde se une a la porción de faldilla 80. Preferiblemente, los agujeros de alimentación están equiespaciados alrededor de la circunferencia de la copa 100.

El laminado 5 es del tipo antes descrito en las realizaciones anteriores.

La operación de la cuarta versión del cartucho es similar a la de la tercera versión. El agua entra en el cartucho 1 y la cámara de mezcla 134 de la misma manera que antes. Allí el agua se mezcla y diluye el producto líquido que entonces es expulsado debajo del cuenco 100 y a través de los agujeros 85 hacia la salida 44 como se ha descrito anteriormente. La proporción del producto líquido inicialmente contenido dentro del cuenco anular 100 como se representa en la figura 34, no está sujeto a dilución inmediata por el agua que entra en la cámara de mezcla 134. Más bien, el producto líquido diluido en la parte inferior de la cámara de mezcla 134 tenderá a salir a través de los agujeros 85 más bien que ser expulsado hacia arriba y al cuenco anular 100 a través de la boca superior 104. En consecuencia, el producto líquido en el cuenco anular 100 permanecerá relativamente concentrado durante las etapas iniciales del ciclo operativo en comparación con el producto en la parte inferior de la cámara de mezcla 134. El producto líquido en el cuenco anular 100 gotea a través de los agujeros de alimentación 103 por gravedad a la corriente de producto que sale de la cámara de mezcla 134 a través de los agujeros 85 y debajo del cuenco 100. El cuenco anular 100 actúa para nivelar la concentración del producto líquido diluido que entra en el embudo cilíndrico 40 manteniendo una proporción del producto líquido concentrado y liberándolo constantemente al recorrido de flujo líquido durante todo el ciclo operativo como se ilustra en la figura 35a donde la concentración de la leche medida como un porcentaje de los sólidos totales presentes se representa durante un ciclo operativo de aproximadamente 15 segundos. La línea a ilustra el perfil de concentración con el cuenco 100 mientras que la línea b ilustra un cartucho sin el cuenco 100. Como se puede ver, el perfil de concentración con la copa 100 es más uniforme durante el ciclo operativo y no hay gran caída inmediata de la concentración como tiene lugar sin el cuenco 100. La concentración inicial de la leche es típicamente 30-35% SS y en el final del ciclo 10% SS. Esto da lugar a una relación de dilución de alrededor de 3 a 1, aunque relaciones de dilución de entre 1 a 1 y 6 a 1 son posibles con la presente invención. Para otros ingredientes de bebida líquidos, las concentraciones pueden variar. Por ejemplo, para chocolate líquido la concentración inicial es aproximadamente 67% SS y en el final del ciclo 12-15% SS. Esto da lugar a una relación de dilución (relación de medio acuoso a ingrediente de bebida en la bebida dispensada) de alrededor de 5 a 1, aunque relaciones de dilución de entre 2 a 1 y 10 a 1 son posibles con la presente invención. Para café líquido, la concentración inicial es entre 40-67% y la concentración al final de la dispensación es 1-2% SS. Esto da lugar a una relación de dilución de entre 20 a 1 y 70 a 1, aunque relaciones de dilución de entre 10 a 1 y 100 a 1 son posibles con la presente invención.

Desde el canal anular 86 la bebida es empujada a presión a través del agujero 128 por la contrapresión de la bebida que se recoge en la cámara de filtración 134 y la cámara 90. La bebida es empujada así a través del agujero 128 como un chorro y a una cámara de expansión formada por el extremo superior del pico de descarga 43. Como se representa en la figura 34, el chorro de bebida pasa directamente por la entrada de aire 71. Cuando la bebida entra en el pico de descarga 43, la presión del chorro de bebida disminuye. Como resultado, se arrastra aire a la corriente de bebida en forma de múltiples burbujas de aire pequeñas cuando el aire es aspirado a través de la entrada de aire 71. El chorro de bebida que sale del agujero 128 es canalizado hacia abajo a la salida 44 donde la bebida se descarga a un receptáculo tal como una copa donde las burbujas de aire forman el aspecto espumoso deseado.

Ventajosamente, el elemento interior 3, el elemento exterior 2, el laminado 5 y el filtro 4 se pueden esterilizar fácilmente debido a que los componentes son separables y no incluyen individualmente pasos tortuosos o hendiduras estrechas. Más bien, solamente después de unir los componentes, después de la esterilización, es cuando se forman los pasos necesarios. Esto es especialmente importante donde el ingrediente de bebida es un producto lácteo tal como leche líquida concentrada.

La cuarta realización del cartucho de bebida es especialmente ventajosa para dispensar un producto lácteo líquido concentrado tal como leche líquida. Previamente se facilitaban productos lácteos en polvo en forma de bolsitas a añadir a una bebida previamente preparada. Sin embargo, para un tipo de bebida cappuccino hay que espumar la leche. Esto se lograba previamente pasando vapor a través de un producto de leche líquida. Sin embargo, para esto hay que disponer de un suministro de vapor que aumenta el costo y la complejidad de la máquina usada para dispensar la bebida. El uso de vapor también aumenta el riesgo de lesión durante el funcionamiento del cartucho. Por consiguiente, la presente invención proporciona un cartucho de bebida que tiene un producto líquido a base de leche concentrado. Se ha hallado que, concentrando el producto lácteo, se puede producir una mayor cantidad de espuma para un volumen concreto de leche en comparación con leche fresca o UHT. Esto reduce el tamaño requerido del cartucho de leche. La leche semidesnatada fresca contiene aproximadamente 1,6% de grasa y 10% de sólidos totales. Los preparados de leche líquida concentrada de la presente invención contienen entre 3 y 10% de grasa y 25 a 40% de sólidos totales. En un ejemplo típico, la preparación contiene 4% de grasa y 30% de sólidos totales. Los preparados de leche concentrada son adecuados para espumación usando una máquina de preparación a presión baja como se describirá más adelante. En particular, la espumación de la leche se logra a presiones inferiores a 2 bar, preferiblemente a aproximadamente 1,5 bar usando el cartucho de la cuarta realización antes descrita.

La formación de espuma de la leche concentrada es especialmente ventajosa para bebidas como cappuccinos y batidos de leche. Preferiblemente el paso de la leche a través del agujero 128 y por la entrada de aire 71 y el uso opcional del cuenco 100 permite niveles de formación de espuma superiores a 40%, preferiblemente superiores a 70% para leche. Para chocolate líquido, los niveles de formación de espuma superiores a 70% son posibles. Para café líquido, los niveles de formación de espuma superiores a 70% son posibles. El nivel de espumabilidad se mide como la relación del volumen de la espuma producida al volumen de ingrediente de bebida líquido dispensado. Por ejemplo, donde se dispensa 138,3 ml de bebida, de los que 58,3 ml son espuma, la espumabilidad se mide como [58,3/(138,3-58,3)]*100 = 72,9%. La espumabilidad de la leche (y otros ingredientes líquidos) se mejora mediante la provisión del cuenco 100 como se puede ver en la figura 35b. La espumabilidad de la leche dispensada con el cuenco 100 presente (línea a) es mayor que la de leche dispensada sin el cuenco presente (línea b). Esto es porque la espumabilidad de la leche está correlacionada positivamente con la concentración de la leche y, como se representa en la figura 35a, el cuenco 100 mantiene una concentración más alta de la leche una mayor parte del ciclo operativo. También se conoce que la espumabilidad de la leche está correlacionada positivamente con la temperatura del medio acuoso como se representa en la figura 35c. Así, el cuenco 100 es ventajoso porque queda más la leche en el cartucho hasta cerca del final del ciclo operativo cuando el medio acuoso está más caliente. Esto mejora de nuevo la espumabilidad.

El cartucho de la cuarta realización también es ventajoso al dispensar productos de café líquido.

Se ha hallado que las realizaciones del cartucho de bebida de la presente invención proporcionan ventajosamente una mejor consistencia de la bebida dispensada en comparación con cartuchos de la técnica anterior. Se hace referencia a la Tabla 1 siguiente que muestra los resultados de rendimientos de mezcla para veinte muestras de cartuchos A y B conteniendo café torrefacto y molido. El cartucho A es un cartucho de bebida según la primera realización de la presente invención. El cartucho B es un cartucho de bebida de la técnica anterior como se describe en el documento WO01/58786 del solicitante. El índice de refracción de la bebida preparada se mide en unidades Brix y convierte a un porcentaje de sólidos solubles (%SS) usando tablas y fórmulas estándar. En los ejemplos siguientes:

%SS = 0,7774 * (valor Brix) + 0,0569.

% rendimiento = (%SS * Volumen de mezcla (g))/(100 * Peso de café (g))

TABLA 1 Cartucho A

1

Cartucho B

2

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La realización de un análisis estadístico de prueba t en los datos anteriores da los resultados siguientes:

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TABLA 2 Prueba t: Dos muestras suponiendo varianzas iguales

3

El análisis muestra que la consistencia de rendimiento porcentual, que es igual a la concentración de mezcla, para los cartuchos es considerablemente mejor (a un nivel de confianza de 95%) que los cartuchos de la técnica anterior, con una desviación estándar de 0,88% en comparación con 2,24%. Esto significa que las bebidas dispensadas con los cartuchos de la presente invención tienen una concentración más repetible y uniforme. Esto es lo que prefieren los consumidores que desean que sus bebidas siempre tengan el mismo sabor y no desean cambios arbitrarios de concentración de la mezcla.

Los materiales de los cartuchos descritos anteriormente pueden estar provistos de un recubrimiento barrera para mejorar su resistencia a la entrada de oxígeno y/o humedad y/u otros contaminantes. El recubrimiento barrera también puede mejorar la resistencia al escape de los ingredientes de bebida del interior de los cartuchos y/o reducir el grado de lixiviación de sustancias extraíbles de los materiales de cartucho que podrían afectar adversamente a los ingredientes de bebida. El recubrimiento barrera puede ser de un material seleccionado del grupo de PET, poliamida, EVOH, PVDC o un material metalizado. El recubrimiento barrera se puede aplicar mediante varios mecanismos incluyendo, aunque sin limitación, deposición al vapor, deposición al vacío, recubrimiento con plasma, coextrusión, etiquetado en molde y moldeo bi/polietápico.

Claims (23)

1. Un cartucho (1) conteniendo uno o más ingredientes de bebida (200) y formado de materiales sustancialmente impermeables al aire y al agua, incluyendo el cartucho un compartimiento (134) conteniendo el uno o más ingredientes de bebida, incluyendo el compartimiento una pluralidad de agujeros de entrada (36) para la introducción de un medio acuoso al compartimiento y una pluralidad de agujeros de salida (85) para una bebida producida a partir del uno o más ingredientes de bebida, donde al menos una proporción de los agujeros de entrada están fuera de alineación con los agujeros de salida de modo que al menos una proporción del medio acuoso que entra en el compartimiento a través de los agujeros de entrada tenga que circular dentro del compartimiento antes de salir del compartimiento a través de los agujeros de salida, caracterizado porque los agujeros de entrada (36) están dispuestos alrededor de la periferia del compartimiento.

2. Un cartucho (1) según la reivindicación 1 donde los agujeros de entrada (36) están equiespaciados alrededor de la periferia del compartimiento.

3. Un cartucho (1) según cualquier reivindicación precedente donde los agujeros de salida (85) están situados hacia un centro del compartimiento con relación a los agujeros de entrada.

4. Un cartucho (1) según la reivindicación 3 donde los agujeros de salida (85) están equiespaciados alrededor del centro del compartimiento.

5. Un cartucho (1) según cualquier reivindicación precedente incluyendo de 3 a 10 agujeros de entrada (36).

6. Un cartucho (1) según la reivindicación 5 incluyendo 4 agujeros de entrada (36).

7. Un cartucho (1) según cualquier reivindicación precedente incluyendo de 3 a 10 agujeros de salida (85).

8. Un cartucho (1) según la reivindicación 7 incluyendo 5 agujeros de salida (85).

9. Un cartucho (1) según cualquier reivindicación precedente incluyendo números desiguales de agujeros de entrada (36) y agujeros de salida (85).

10. Un cartucho (1) según cualquier reivindicación precedente donde el número de agujeros de entrada (36) y agujeros de salida (85) viene dado por la fórmula:

X_{o} = X_{i} + C

donde

X_{i} = el número de agujeros de entrada

X_{o} = el número de agujeros de salida

C = el conjunto de enteros no incluyendo 0 ni nX_{i}

n = cualquier entero.

11. Un cartucho (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 incluyendo igual número de agujeros de entrada (36) y agujeros de salida (85).

12. Un cartucho (1) según cualquier reivindicación precedente donde los agujeros de entrada (36) están dispuestos en un elemento exterior (2) del cartucho y los agujeros de salida (85) están dispuestos en un elemento interior (3) del cartucho.

13. Un cartucho (1) según la reivindicación 12 donde el elemento interior (3) incluye un pico de descarga (43) que comunica con los agujeros de salida (85).

14. Un cartucho (1) según cualquier reivindicación precedente donde el cartucho tiene forma de disco.

15. Un cartucho (1) según la reivindicación 14 donde el flujo de medio acuoso a través de los agujeros de entrada (36) al compartimiento (134) es dirigido radialmente hacia dentro hacia un centro del cartucho.

16. Un cartucho (1) según cualquier reivindicación precedente donde el uno o más ingredientes de bebida (200) son solubles en el medio acuoso.

17. Un cartucho (1) según la reivindicación 16 donde el uno o más ingredientes de bebida (200) son un ingrediente de chocolate líquido o café.

18. Un cartucho (1) según cualquier reivindicación precedente donde el uno o más ingredientes de bebida (200) es un líquido concentrado o gel.

19. Un cartucho (1) según cualquier reivindicación precedente donde el ingrediente de bebida líquido (200) tiene una viscosidad de entre 70 y 3900 mPa a temperatura ambiente.

20. Un cartucho (1) según la reivindicación 19 donde el ingrediente de bebida líquido (200) tiene una viscosidad de entre 1700 y 3900 mPa a temperatura ambiente.

21. Un cartucho (1) según la reivindicación 12 donde el elemento exterior (2) y/o elemento interior (3) están formados de polipropileno.

22. Un cartucho (1) según la reivindicación 21 donde el elemento exterior (2) y/o elemento interior (3) se forman por moldeo por inyección.

23. Un cartucho (1) según cualquier reivindicación precedente donde el elemento exterior (2) y/o el elemento interior (3) se forman de un polímero biodegradable.