Узел дозирования жидкости
LIQUID DOSING UNIT

Изобретение относится к узлам дозирования жидкостей, например сиропов, концентратов напитков, вкусовых добавок и других, и может применяться в аппаратах по приготовлению холодных и/или горячих напитков в бытовых условиях, офисах, кафе, общественных учреждениях и других местах.
Из уровня техники известен узел дозирования жидкости по патенту US 5169037 (приор. 26.01.1990, заявитель CCL Industries Inc, МПК B65D 83/62). Он состоит из корпуса, в который вставлена плоскодонная капсула с гибкими стенками, герметично соединенная с клапаном, выполненным в верхней части корпуса. Изначально капсула находится в сложенном состоянии. Когда корпус закрыт герметично, внутрь капсулы закачивают жидкость. При этом капсула расширяется, и ее дно раскрывается по внутренней поверхности дна корпуса. После заполнения капсулы жидкостью, к корпусу подключают средство нагнетания газа, с помощью которого жидкость выдавливают из капсулы. По мере уменьшения количества жидкости в капсуле, давление будет постепенно снижаться. Процесс останавливается после выдавливания всей жидкости из капсулы. После чего капсула снова может быть заполнена жидкостью. Недостатком данного узла является то, что объем дозирования равен объему капсулы, потребитель не может регулировать размер получаемой порции жидкости. Также недостатком является то, что скорость дозирования неравномерна, так как давление снижается по ходу процесса, что ограничивает применение данного изобретения.
Из уровня техники известен узел дозирования жидкости по патенту US 5607082 (приор. 01.06.1995, Заявитель HD Hudson Manufacturing Co, МПК B05B 9/0838). Узел состоит из корпуса, в котором размещены капсула с гибкими стенками, соединенная с горловиной корпуса, и, соединенное с капсулой, средство нагнетания газа. Изначально капсула находится в сложенном состоянии. Узел по патенту US5607082 работает следующим образом. Капсулу в сложенном виде помещают в корпус, после чего заполняют жидкостью и закрывают. Через средство нагнетания газа в пространство внутри корпуса вокруг капсулы подается сжатый газ, который выталкивает содержимое капсулы через трубку, вставленную в горловину корпуса. После выдавливания всей жидкости процесс дозирования прекращается. Недостатком данного узла является то, что объем дозирования равен объему капсулы, потребитель не может регулировать размер получаемой порции жидкости, то есть отсутствует возможность регулирования подаваемого объема жидкости.
Из уровня техники известно узел дозирования жидкости по заявке US 2007/0235471 (приор. 27.05.2007, Заявитель Marty Radermacher, МПК B05C 17/015), выбранный заявителем в качестве наиболее близкого аналога. Узел состоит из внешнего корпуса, внутреннего корпуса, в который вставлена гибкая капсула с жидкостью, средства подачи сжатого газа, клапана сброса давления. Средство подачи сжатого газа соединено с капсулой через гибкую трубку, на которой установлен клапан сброса давления. Внутренний корпус с капсулой снабжен выходной трубкой с автоматическим клапаном.
Узел дозирования жидкости по заявке US 2007/0235471 работает следующим образом. Пользователь устанавливает капсулу внутрь корпуса. После чего пользователь запускает подачу сжатого газа включением средства подачи сжатого газа. При этом сжатый газ по гибкой трубке подается внутрь капсулы, вытесняя находящуюся в капсуле жидкость. Таким образом, осуществляется дозирование. Окончание жидкости в капсуле является сигналом к отключению средства подачи сжатого газа и завершению процесса дозирования.
Недостатком наиболее близкого аналога является то, что дозирование всегда однократно, отсутствует возможность многократного дозирования без замены капсулы на новую. То есть капсула используется однократно, при этом капсула имеет полимерную оболочку. Одноразовое использование капсул с полимерной оболочкой неэкологично, так как каждое дозирование сопровождается утилизацией оболочки капсулы, таким образом, повышается количество полимерных отходов, то есть повышается нагрузка на окружающую среду. Также недостатком наиболее близкого аналога является то, что порция жидкости всегда равна объему капсулы, нет возможности регулировать объем дозирования под потребность пользователя. Кроме того, при работе устройства есть контакт сжатого газа и жидкости, что накладывает ограничения на выбор сжатого газа, газ не должен реагировать с жидкостью и/или являться источником примесей, что ограничивает область применения узла дозирования, а при ошибке в выборе газа снижает безопасность узла дозирования. Также контакт жидкости и газа может привести к засахариванию жидкости, особенно если жидкость - сироп, что исключает возможность повторного использования капсулы. Кроме того, из-за того, что есть прямой контакт жидкости и сжатого газа, дозирование жидкости происходит в виде аэрозоля, то есть всегда есть риск разбрызгивания, загрязнения поверхности вокруг, это не эргономично.
Задачей изобретения и достигаемым с его помощью техническим результатом, является разработка нового узла дозирования жидкости с улучшенными эргономическими характеристиками и возможностью снижения воздействия на окружающую среду, при одновременном повышении управляемости процесса дозирования.
Поставленная задача и требуемый технический результат достигаются тем, что узел дозирования жидкости состоит из корпуса, средства подачи газа, клапана сброса давления и устанавливаемой внутрь корпуса капсулы с выходным штуцером, заполненной жидкость, и выполнен с возможностью порционного дозирования выдавливанием жидкости, и снабжен средством измерения веса, функционально связанным с контроллером, управляющим процессом дозирования, при этом средство измерения веса выполнено с возможностью взвешивания капсулы вместе с корпусом. Кроме того, часть оболочки капсулы тонкостенна и эластична с возможностью выдавливания жидкости, а средство подачи газа соединено с корпусом гибкой трубкой, обеспечивающей минимальную погрешность при взвешивании. Или средство подачи газа встроено в корпус и взвешивается вместе с капсулой и корпусом, при этом средство подачи газа выполнено с автономным источником питания или соединено с внешним источником питания проводом, обеспечивающим минимальную погрешность взвешивания. Кроме того, выходной штуцер капсулы с жидкостью выполнен в виде тонкого длинного капилляра с возможностью уменьшения и/или исключения вытекания жидкости из капсулы и контакта жидкости с внешний средой до и после дозирования. Или выходной штуцер капсулы выполнен в виде трубки с запаянным концом или трубки с колпачком, при этом открытие трубки осуществляется в процессе или после установки капсулы в корпус. Узел дозирования жидкости может быть выполнен с возможностью дозирования во внешнюю емкость, при этом средство измерения веса функционально связано с внешней емкостью. Также узел дозирования жидкости выполнен с возможностью выдавливания жидкости без контакта с внешней поверхностью капсулы и поверхностью корпуса. При этом дополнительно может содержать устройство, пережимающее выход из капсулы и предотвращающее контакт воздуха с жидкостью до и после выдавливания.
На фигурах представлены примеры исполнения узла дозирования жидкости.
На фигуре 1 представлен пример узла дозирования жидкости, где средство подачи газа соединено с корпусом через гибкую трубку.
На фигуре 2 представлен пример узла дозирования жидкости, где средство подачи газа встроено в корпус.
На фигурах 3 и 4 представлены примеры вариантов исполнения однократно заполняемой капсулы.
На фигурах 5 и 6 представлены примеры установки узла дозирования жидкости в аппарат приготовления напитков.
На фигуре 7 представлен пример узла дозирования жидкости, где средство изменения веса расположено над капсулой.
На фигуре 8 представлен пример перезаполняемой капсулы.
На фигуре 9 представлен пример устройства, пережимающего выход капсулы.
Узел дозирования жидкости состоит из корпуса 2. Корпус 2 может быть выполнен из, например, металла или пластика, или ударопрочного стекла. Корпус 2 может быть разъемным на, по меньшей мере, две части, или иметь отверстие для установки капсулы (на фигурах не представлено), или корпус 2 может быть снабжен крышкой 1. Крышка 1 может быть выполнена, например, из металла, пластика или ударопрочного стекла. Дополнительно соединение корпуса 2 и крышки 1 может быть снабжено уплотнительными прокладками из, например, резины или силикона (на фигурах не представлено). Корпус 2 имеет отверстия 5 для установки капсулы 3.
Внутри корпуса 2 расположена капсула 3 с дозируемой жидкостью 11, например, сиропом, концентратом и/или другой жидкостью. Капсула 3 представляет собой оболочку с выходным штуцером 12. При установке капсулы 3 в корпус 2 выходной штуцер 12 устанавливается в отверстие 5. Оболочка, по меньшей мере, частично выполнена из полимерного эластичного материала, например, резины или силикона толщиной, позволяющей оболочке выгибаться под давлением и не сохранять форму при отсутствии внешнего воздействия. Оболочка может быть равномерно эластична, то есть выполнена из целиком из эластичного материала и быть предпочтительно равномерной толщины. Либо толщина оболочки может быть неравномерна, то есть оболочка может иметь участки разной жесткости. Либо оболочка может быть частично выполнена из твердого полимерного материала 15, например, из полиолефина, и частично из эластичного материала. Также капсула 3 дополнительно может быть снабжена втулкой 14 из картона или полимерного материала, повышающей точность позиционирования капсулы 3 при ее установке в корпус 2. Кроме этого капсула 3 может дополнительно иметь подвес 10 (фигура 8) для крепления к крышке 1 и/или к верхней части корпуса 2, и/или к средству измерения веса капсулы 4. Подвес 10 может быть выполнен заедино с оболочкой из того же материала, либо подвес 10 может быть, например, выполнен из ткани или полиолефина. Капсула 3 может быть цельной и однократно заполняемой, либо, например, капсула 3 может быть многократно заполняемой, при этом капсула 3 дополнительно имеет отверстие с затычкой или колпачком 7 из полимерного материала, например резины, силикона, полиолефинов или пробки. Выходной штуцер 12 капсулы 3 может быть выполнен заедино с оболочкой или установлен отдельно. При этом штуцер 12 представляет из себя капилляр, выполненный, например, из полимерного материала, предпочтительно силикона, полиолефина, или стекла. Диаметр штуцера 12 рассчитывается так, чтобы жидкость не вытекала из него без внешнего воздействия (капиллярный эффект).При этом диаметр, длина и расположение штуцера 12 внизу капсулы 3 исключает попадание атмосферного воздуха внутрь капсулы 3, отсутствие контакта жидкости с атмосферой снижает до практически исключения кристаллизацию, например засахаривание жидкости 11. Дополнительно штуцер 12 может иметь защитный колпачок (на фигурах не представлен) или запаянный конец 13, который отламывается перед началом процесса дозирования или перед установкой капсулы 3 в корпус 2. Дополнительно в нижней части корпуса может быть размещено лезвие, приводимое в действие защелкой (на фигурах не представлено). Оно предназначено для срезания запаянного конца 13 штуцера 12. Дополнительно узел дозирования жидкости может содержать устройство, пережимающее выходной штуцер капсулы в точке 19. В закрытом положении устройство 18 предотвращает попадание воздуха в капсулу, что понижает возможность засахаривания выходного штуцера 12.
Средство подачи газа 8 может быть выполнено в виде компрессора или насоса, или баллона со сжатым газом, при этом компрессор или насос могут быть как подключены к внешнему источнику питания, либо иметь автономный источник питания, например аккумулятор или батарейку. В качестве газа могут быть использованы, например, но не ограничиваясь перечисленными вариантами, воздух атмосферный, сжатый воздух, сжатый углекислый газ, сжатые инертные газы. Средство подачи газа 8 может быть, например, встроено в корпус 2, при этом средство подачи газа 8 может иметь автономный источник питания или быть подключенным к внешнему источнику питания тонким проводом. Средство подачи газа 8 может быть соединено с корпусом 2 гибкой трубкой 7, при этом корпус 2 может быть дополнительно снабжен штуцером 6 для повышения точности и надежности крепления трубки 7. Средство подачи газа 8 функционально связано с контроллером (на фигурах не представлен), управляющим процессом дозирования. Дополнительно узел дозирования жидкости может быть снабжен клапаном сброса давления (на фигурах не представлен), встроенным, например, в корпус 2, или в средство подачи газа 8, или в трубку 7. Средство подачи газа 8 может быть дополнительно снабжено защитным корпусом 9.
Средство измерения веса 4может быть выполнено, например, в виде одной и более весовых платформ, расположенных в нижней части или верхней части корпуса 2. либо под местом установки внешней емкости, в случае, когда дозирование жидкости осуществляется в емкость. Средство измерения веса 4 функционально связано с контроллером (на фигурах не представлен), управляющим процессом дозирования. Средство измерения веса 4 может, например, измерять вес только капсулы 3, например, в случае, когда средство измерения веса 4 расположено в верхней части корпуса 2, при этом капсула 3 привешена к средству измерения веса 4 с помощью подвеса 10. Средство измерения веса 4 может, например, измерять вес капсулы 3 вместе с корпусом 2 и средством подачи газа 8, в случае, когда средство подачи газа 8 встроено в корпус 2. Средство измерения веса 4 может, например, измерять вес капсулы 3 вместе с корпусом 2, при этом трубка 7 за счет длины и диаметра не влияет на точность измерения веса. Средство измерения веса 4 может быть, например, расположено под внешней емкостью (на фигурах не обозначена), в которую осуществляется дозирование, при этом средство измерения веса 4 измеряет вес внешней емкости.
Контроллер, управляющий процессом дозирования, (на фигурах не представлен) может быть автономный, связанный только с узлом дозирования жидкости, или являться частью аппарата приготовления напитков.
Заявляемый узел устройства дозирования, может быть применяться в различных аппаратах приготовления напитков, при этом конструкция самого аппарата может предусматривать отдельный канал для дозирования жидкости 16 и отдельный канал для подачи воды 17, либо выполненный заедино канал, который одновременно является каналом подачи воды 17 и каналом для дозирования жидкости 16. Дозирование жидкости может осуществляться, например, но не ограничиваясь перечисленными вариантами в поток воды или во внешнюю емкость, например, чашку или стаканчик, устанавливаемую в аппарат приготовления напитков. В случае, когда дозирование осуществляется во внешнюю емкость, средство измерения веса 4 может быть установлено с возможностью измерять вес внешней емкости.
В рамках отличительных признаков узел дозирования жидкости работает следующим образом. Пользователь устанавливает капсулу 3, заполненную жидкостью 11, внутрь корпуса 2, при этом конструкция в сборе предпочтительно герметична. При запуске процесса дозирования пользователь включает контроллер и/или запускает средство подачи газа 8. В момент включения средства подачи газа 8 средство измерения веса 4 фиксирует исходный вес капсулы 3 отдельно и/или с корпусом 2, и/или с корпусом 2 и средством подачи газа 8, или внешней емкости (на фигурах не обозначена). Средства подачи газа 8 нагнетает газ в корпус 2 в пространство между внутренней стенкой корпуса 2 и внешней стенкой капсулы 3. При этом оболочка капсулы 3 исключает контакт газа с жидкостью 11, то есть исключен риск загрязнения жидкости примесями в газе и/или кристаллизация или засахаривание жидкости под воздействием газа. Оболочка капсулы 3 является по меньшей мере частично эластичной, в результате при поступлении газа в пространство между стенкой корпуса 2 и капсулой 3 происходит выдавливание жидкости из капсулы 3, то есть дозирование. При этом изменяется вес капсулы 3 и вес внешней емкости, в случае дозирования во внешнюю емкость, а не в поток. При этом средство измерения веса 4 фиксирует изменение веса и сигнал поступает на контроллер. Когда выдавлена достаточная порция жидкость, то есть фактически зафиксированное изменение веса соответствует требуемому, по сигналу контроллера происходит отключение средства подачи газа 8, поступление газа в пространство между корпусом 2 и капсулой 3 прекращается, воздействие на стенку капсулы 3 перестает увеличиваться, выдавливание жидкости останавливается, то есть процесс дозирования завершен. При этом в отличие от наиболее близкого аналога, для завершения процесса дозирования не требуется полностью выдавливать всю жидкость из капсулы 3. То есть возможно более, чем однократное дозирование из одной капсулы 3, то есть замена капсулы 3 требуется реже, что дает возможность сократить количество утилизируемой полимерной оболочки, то есть повышается экологичность системы. Кроме того, в варианте исполнения многократно заполняемой капсулы 3 оболочку можно использовать более одного раза, что также повышает экологичность системы. Размер порции дозируемой жидкости может быть задан пользователем и отрегулирован с помощью контроллера как функция изменения веса капсулы 3 или внешний емкости, либо как коэффициент времени выдавливания, либо обоими способами одновременно. Таким образом, пользователь может управлять процессом приготовления напитка, регулируя размер порции дозированной жидкости, таким образом, по сравнению с наиболее близком аналогом узел дозирования жидкости имеет улучшенные эргономические характеристики.
Таким образом, поставленная задача и технический результат достигнуты.
В настоящем описании изобретения представлен предпочтительный вариант осуществления изобретения. В нём могут быть сделаны изменения, в пределах заявляемой формулы, что даёт возможность его широкого использования.