УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ СМЕШИВАНИЯ ПОРОШКА С ЖИДКОСТЬЮ
APPARATUS AND METHOD FOR MIXING A POWDER WITH LIQUID

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству для смешивания порошка с жидкостью. Настоящее изобретение также относится к способу смешивания порошка с жидкостью.
Предпосылки создания изобретения
Некоторое количество применений требует смешивания частиц порошка с жидкостью. Такие применения включают в себя добавление смеси для детского питания в воду или забеливающего компонента в горячий напиток, например в кофе.
Смешивание порошка с жидкостью обычно достигается посредством использования механического перемешивания, такого как энергичное размешивание, вибрация и/или встряхивание контейнера, содержащего как жидкость, так и порошок. Тем не менее, эффективно смешивать порошок с жидкостью трудно, и существует несколько известных проблем, связанных с этим. В качестве первого примера, порошок не стремится равномерно растворяться в жидкости, и в смеси образуются комки. Во-вторых, известно, что порошок плавает на поверхности жидкости. Кроме того, известно, что порошок приклеивается к механическому смесителю, такому как размешивающий элемент.
В US 2008/102178 описаны способ и устройство для разведения расходуемого порошка (порошков) в жидкости для получения жидкого продукта питания, такого как молоко.
Сущность изобретения
Следовательно, целью изобретения является разработка устройства для смешивания порошка с жидкостью и способа смешивания порошка с жидкостью, которые существенно облегчают или преодолевают упомянутые выше проблемы.
Согласно настоящему изобретению разработано устройство для смешивания порошка с жидкостью, содержащее полость для удерживания порошка, проход, сообщающийся с полостью, и привод потока для вызывания колебательного потока газа в проходе так, чтобы порошок вытягивался в проход из полости, когда газ течет в одном направлении, и чтобы порошок выбрасывался из прохода по направлению к жидкости посредством выбрасывания синтетической струи, когда газ течет в противоположном направлении.
Для удобства проход дополнительно содержит выходное сопло, через которое порошок выбрасывается посредством выбрасывания синтетической струи из прохода.
Преимущественно полость расположена вдоль прохода.
В одном варианте осуществления полость расположена вдоль прохода между приводом потока и выходным соплом.
Полость может быть расположена вблизи от выходного сопла.
Устройство может быть выполнено с возможностью удерживания контейнера жидкости, с которой нужно смешать порошок.
Для удобства проход образует продольную ось, и продольная ось прохода выполнена с возможностью простирания под углом к поверхности жидкости, принятой в контейнер, удерживаемый устройством.
В одном варианте осуществления полость выполнена с возможностью удаления из прохода.
Полость может образовывать часть одноразовой капсулы.
Преимущественно привод потока содержит колебательную поверхность.
Проход может быть выполнен с таким относительным удлинением, чтобы порошок увлекался в поток газа из полости и порошок выбрасывался из прохода к жидкости посредством импульсов газа, образуемых в проходе посредством привода потока.
Согласно другому аспекту изобретения разработан бытовой прибор, содержащий устройство для смешивания порошка с жидкостью.
Согласно другому аспекту изобретения разработано устройство для смешивания смеси для детского питания с жидкостью, содержащее устройство для смешивания порошка с жидкостью.
Согласно другому аспекту изобретения разработано устройство раздачи смешанного напитка, содержащее устройство для смешивания порошка с жидкостью.
Согласно другому аспекту изобретения разработан способ смешивания порошка с жидкостью, содержащий расположение порошка в полости, сообщающейся с проходом, и вызывание колебательного потока газа в проходе, чтобы порошок вытягивался в проход из полости, когда газ течет в одном направлении, и порошок приводился из прохода по направлению к жидкости посредством выбрасывания синтетической струи, когда газ течет в противоположном направлении.
Эти и другие особенности изобретения будут объяснены и растолкованы со ссылкой на варианты осуществления, описанные далее в этом документе.
Краткое описание чертежей
Далее будут описаны варианты осуществления изобретения, только в качестве примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
На Фиг. 1 показан схематичный вид в поперечном разрезе устройства для смешивания порошка с жидкостью;
На Фиг. 2 показан схематичный вид в поперечном разрезе устройства для смешивания порошка с жидкостью с порошком, увлекаемым в поток газа;
На Фиг. 3 показан схематичный вид в поперечном разрезе устройства для смешивания порошка с жидкостью с порошком, выбрасываемым из сопла к жидкости; и
На Фиг. 4 показан схематичный вид в поперечном разрезе устройства для смешивания порошка с жидкостью, на котором показан порошок, выброшенный из сопла, впрыснутый в жидкость в контейнере.
Подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения
На Фиг. 1-4 показано устройство для смешивания порошка с жидкостью. Устройство содержит основной корпус 1, который расположен в кожухе (не показан), и капсулу 2, расположенную в основном корпусе 1.
Основной корпус 1 имеет привод 3 потока, который действует в приводной камере 4, выходное сопло 5 и проход 6 для газа, который сообщает приводную камеру 4 с выходным соплом 5. Капсула 2 образует полость 7 для порошка, которая расположена вдоль прохода 6 для газа, между приводной камерой 4 и выходным соплом 5. Полость 7 для порошка выполнена с возможностью принятия сухого порошка, предназначенного для смешивания с жидкостью.
Привод 3 потока содержит движущий элемент 8, такой как электромагнитный движитель, пьезоэлектрический движитель или механический движитель, например поршень, и приводной элемент 9, такой как мембрана или диафрагма.
Движущий элемент 8 расположен в приводной камере 4, и движущий элемент 8 воздействует на приводной элемент 9 для того, чтобы вынуждать приводной элемент 9 колебаться в приводной камере 4 и воздействовать на газ, такой как воздух, в приводной камере 4.
Окно 10 образовано в стенке 12 приводной камеры 4 для гидравлического сообщения приводной камеры 4 с проходом 6 для газа. Проход 6 для газа представляет собой канал, который продолжается от приводной камеры 4 к выходному соплу 5, образующему выход прохода 6 для газа. Выходное сопло 5 образует отверстие 14 в окружающую атмосферу, которое расположено у конца прохода 6 для газа, дальнего относительно приводной камеры 4.
Полость 7 для порошка расположена вдоль прохода 6 для газа между приводной камерой 4 и выходным соплом 5. Полость 7 для порошка расположена вблизи от выходного сопла 5 и разделяет проход 6 для газа на первую секцию 15 и вторую секцию 16. Первая секция 15 продолжается между окном 10 приводной камеры 4 и первым отверстием 17 в полости 7 для порошка у заднего конца 18 полости, и вторая секция 16 продолжается между вторым отверстием 19 у переднего конца 20 полости и выходным соплом 5. Первая и вторая секции 15, 16 прохода 6 для газа выровнены вдоль одной и той же продольной оси, и первое и второе отверстия 17, 19 в полости 7 для порошка расположены друг напротив друга.
Полость 7 для порошка проходит ниже первого и второго отверстий 17, 19 и образует принимающее порошок пространство, в котором лежит неиспользованный сухой порошок перед работой устройства. В альтернативной схеме полость для порошка смещена к одной стороне первого и второго отверстий 17, 19.
В настоящем варианте осуществления полость 7 для порошка образует часть удаляемой капсулы 2. Капсула 2 может быть удалена из основного корпуса 1 устройства и, таким образом, полость 7 для порошка может быть удалена из положения между первой и второй секциями 15, 16 прохода 6 для газа. Следует понимать, что полость 7 для порошка образована вдоль прохода 6 для газа и, таким образом, образует часть пути потока газа вместе с первой и второй секциями 15, 16 прохода 6 для газа, когда полость 7 для порошка расположена в основном корпусе 1. Несмотря на то что в настоящем варианте осуществления полость 7 для порошка является заменяемой, следует понимать, что в альтернативном варианте осуществления полость 7 для порошка образована неотъемлемо с проходом 6 для газа, и устройство не включает в себя удаляемую капсулу. Полость 7 для порошка в настоящем варианте осуществления является закрытой и сообщается только с первой и второй секциями 15, 16 прохода 6 для газа. Тем не менее, в альтернативном варианте осуществления полость 7 для порошка имеет отдушину у верхнего конца, которая сообщает полость 7 для порошка с наружной частью устройства.
На Фиг. 4 показан контейнер 25 для принятия жидкости 26, с которой нужно смешивать порошок 27, выбрасываемый из отверстия 14. Продольная ось прохода 6 для газа простирается под углом к плоскости поверхности 28 жидкости, принятой в контейнер, с которой должен смешиваться порошок. Следовательно, порошок 27, выбрасываемый из отверстия 14, направляется к жидкости в контейнере, как будет понятно далее в этом документе. Контейнер 25 расположен на опоре контейнера (не показана) для определения положения открытого конца контейнера 25 по отношению к выходному соплу 5.
Угол наклона продольной оси прохода 6 для газа к плоскости поверхности 28 жидкости, принятой в контейнер, с которой нужно смешивать порошок, лежит в диапазоне 10-45°, чтобы порошок не падал из прохода, если угол слишком крутой, и струя газа не отражалась от поверхности воды, если угол слишком маленький. Расстояние между отверстием 14 и поверхностью воды предпочтительно меньше, чем 25 мм.
В настоящем варианте осуществления проход для газа является круглым в поперечном сечении, несмотря на то, что предусмотрены альтернативные схемы поперечного сечения. Следует понимать, что образование струи газа из-за изменяющегося потока зависит от геометрии отверстия 14. Со ссылкой на R. Holman, Y. Utturkar, R. Mittal, B.L. Smith, и L. Cattafesta; Formation criterion for synthetic jets; AIAA Journal, vol. 43(10), pp. 2110-2116, 2005, критерий образования синтетической струи налагает предел на число Струхаля, Sr, и этот предел зависит от геометрии окна:
<mrow><mi>S</mi><mi>r</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>f</mi><mi>d</mi></mrow><mi>ν</mi></mfrac><mo><</mo><msub><mi>k</mi><mrow><mi>j</mi><mi>e</mi><mi>t</mi></mrow></msub><mo>,</mo></mrow>
Например, где
jet
k ~0,63,
для осесимметричного отверстия,
jet
k ~0,075,
для прямоугольного двухмерного отверстия.
Здесь f - частота, d - диаметр или высота сопла струи, и ν - максимальная скорость во время цикла.
Теперь со ссылкой на чертежи будет описана работа устройства для смешивания порошка с жидкостью.
Капсула 2 вставлена в основной корпус 1, и, таким образом, полость 7 для порошка образует часть пути потока газа вместе с первой и второй секциями 15, 16 прохода 6 для газа. Капсула 2 имеет заряд сухого порошка 27 в полости 7 для порошка, и, таким образом, следует понимать, что запас порошка может быть заменен посредством замены капсулы 2, или посредством того, что пользователь пополняет капсулу 2 и повторно вставляет ее в основной корпус 1. Предусмотрено, что капсула может быть расходуемым продуктом и, таким образом, после использования заменяется новой капсулой, тем не менее следует понимать, что капсула может быть повторно используемой и/или пополняемой. Преимуществом удаляемой капсулы 7 является то, что устройство можно легко пополнять зарядом сухого порошка после каждой работы устройства. К тому же могут быть использованы разные типы порошка с минимальным загрязнением между порошками, и в полость 7 для порошка может быть помещено правильное количество порошка. Дополнительно, возможно предусмотреть стерильный продукт, например, смесь для детского питания, и наличие чистых контейнеров с сухим порошком может способствовать смешиванию порошка с жидкостью, так как большинство порошков является гигроскопичным, и, таким образом, они стремятся привлекать воду из воздуха и начинают образовывать комки после обнажения упаковки воздействию воздуха на короткое время.
Контейнер 25, удерживающий жидкость 26, предназначенную для смешивания с порошком 27, помещается вблизи от, но на расстоянии от выходного сопла 5. Продольная ось прохода 6 для газа проходит под косым углом к поверхности 28 жидкости 26 в контейнере 25, как показано на Фиг. 4, так что сопло 5 наклонено к жидкости 26.
Для работы устройства энергия подается от источника питания (не показан) к движущему элементу 8 привода 3 потока, чтобы движущий элемент 8 вибрировал. Движущий элемент 8 воздействует на приводной элемент 9 и заставляет приводной элемент 9 колебаться в приводной камере 4. Следовательно, приводной элемент 9 воздействует на газ, такой как воздух, в приводной камере 4 и заставляет давление в приводной камере 4 колебаться из-за изменения объема. Привод 3 потока образует колеблющуюся разность давления у отверстия 10 к проходу для газа, и, таким образом, высокоскоростной возвратно-поступательный поток газа образуется вдоль пути потока газа. В настоящем варианте осуществления возвратно-поступательный поток газа имеет частоту в диапазоне 50-350 Гц и предпочтительно имеет частоту около 100 Гц.
Когда привод 3 потока приводится в действие, поток газа в проходе 6 для газа совершает возвратно-поступательное перемещение между фазой всасывания, как показано на Фиг. 2, и фазой выдувания, как показано на Фиг. 3. Во время фазы всасывания, когда пониженное давление образуется в приводной камере 4 посредством привода 3 потока, газ, такой как воздух, вытягивается вдоль прохода 6 для газа из выходного сопла 5 к приводной камере 4 в первом направлении. Газ, такой как воздух, вытягивается в путь потока газа через выходное сопло 5 из окружающего или внешнего газа. По мере того, как газ вытягивается вдоль прохода 6 для газа во время фазы всасывания, частицы 27 сухого порошка увлекаются в поток газа из полости 7 для порошка.
Во время фазы выдувания, газ в пути потока газа вынужденно течет во втором направлении, противоположном первому направлению, вдоль прохода 6 для газа из приводной камеры 4 к выходному соплу 5. Газ, текущий в проходе 6 для газа, с частицами порошка, увлекаемыми в нем, выбрасывается из выходного сопла 5.
Возвратно-поступательный поток газа производит синтетическую струю. По мере того, как поток газа в проходе 6 для газа течет из выходного сопла 5, образуется синтетическая струя. Поток синтетической струи представляет собой струю с нулевым чистым притоком массы, которая синтезирует поток струи из окружающего или внешнего газа, в отличие от потока струи, образованного внешним источником текучей среды.
Синтетическая струя производится посредством взаимодействий ряда вихрей, образуемых посредством чередующихся моментальных впрыскивания и всасывания газа, такого как воздух, через отверстие, образованное выходным соплом 5. Следует понимать, что синтетическая струя производится посредством амплитуды колебаний потока газа в проходе 6 для газа, являющейся достаточно большой для того, чтобы вызывать отделение потока у выходного сопла 5, и без потребности в вентиляторе, что сводит к минимуму потери и увеличивает эффективность.
Полость 7 для порошка расположена вблизи от выходного сопла 6 так, чтобы порошок, расположенный в полости 7 для порошка, подбирался во время фазы всасывания и эффективно доставлялся из выходного сопла 6 во время фазы выдувания.
Струя газа с увлеченными частицами порошка направляется от выходного сопла 6 к поверхности 28 жидкости 26, как показано на Фиг. 4. Отделенный поток струи газа имеет достаточно маленькое число Струхаля, так чтобы образовывалась направленная струя газа, и чтобы была симметрия между фазами всасывания и выдувания, в которых газ вытягивается через отверстие 14 со всех направлений во время фазы всасывания и выбрасывается через отверстие 14 как направленная струя во время фазы выдувания.
Следовательно, частицы порошка, увлеченные в потоке газа во время фазы всасывания, выбрасываются к поверхности жидкости с высокой скоростью во время фазы выдувания. Следовательно, частицы порошка, перемещающиеся с высокой скоростью, преодолевают поверхностное натяжение жидкости, и это приводит к эффективному смешиванию частиц порошка с жидкостью, и, таким образом, быстро достигается мутный раствор.
Преимущество образования струи газа для направления порошка к жидкости, с которой нужно смешать порошок, заключается в том, что струя газа является хорошо образованной и коллимированной. Следовательно, возможно точно направлять ее к жидкости 26, так как она не расходится. Кроме того, поскольку струя газа движется с высокой скоростью, она позволяет большему количеству порошка пробивать мениск воды и приводит к энергичному смешиванию, и импульсная природа струи приводит к непрерывному разрыву слоя граничного газа над жидкостью, способствуя рассеиванию и последующему подмешиванию порошка в текучую среду.
Следует понимать, что термин ″содержащий″ не исключает других элементов или этапов, и что термин в единственном числе не исключает множества. Единственный элемент обработки может выполнять функции нескольких предметов, изложенных в формуле изобретения. Сам факт того, что некоторые меры изложены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация этих мер не может быть использована для преимущества. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не следует понимать как ограничивающие объем формулы изобретения.
Несмотря на то что формула изобретения в данной заявке сформулирована для конкретных комбинаций признаков, следует понимать, что объем описания настоящего изобретения также включает в себя любые новые признаки или любые новые комбинации признаков, описанные в этом документе либо явно, либо косвенно, или любое их обобщение, независимо от того, относится ли оно к этому же изобретению, изложенному здесь в любом пункте формулы изобретения, и независимо от того, облегчает ли оно любые или все из технических проблем, как это делает исходное изобретение. Посредством этого заявители отмечают, что для таких признаков и/или комбинаций признаков могут быть сформулированы новые пункты формулы изобретения во время рассмотрения настоящей заявки или любой дополнительной заявки, происходящей из нее.