КОНТЕЙНЕР ДЛЯ ДОЗИРОВАНИЯ ПОРОШКА
POWDER DISPENSING CONTAINER

Область техники
Изобретение относится к усовершенствованию дозировки порошка из контейнера, в частности для применения в дозировочном оборудовании в сфере общественного питания, и может использоваться, например, для более равномерного дозирования контролируемых объемов сухого порошкообразного пищевого материала.
Уровень техники
Известны различные автоматизированные устройства раздачи напитков или пищевых продуктов для приготовления горячих или холодных восстановленных продуктов. В стандартном устройстве раздачи напитков или пищевых продуктов контролируемый объем растворимого в воде порошка, обеспечивающего получение напитка или пищевого продукта и подаваемого из контейнера для хранения порошка, и соответствующий дозированный объем горячей или холодной воды, подаваемой из источника воды, смешиваются для получения готового продукта, который раздается в чашку или стакан. Для традиционных контейнеров выявлено несколько проблем, связанных с дозированием порошкообразных веществ.
Первая проблема касается равномерности дозирования порошка, в частности она связана с изменением величин порций при последовательном дозировании. Обычно весовое содержание порошка в порции существенно снижается после определенного числа циклов дозирования, и восстановленный напиток или пищевой продукт становится более разбавленным. С точки зрения качества продукта плотность продукта важна для удовлетворения потребителя. Если изменение объема порций в циклах дозирования слишком велико, например отклонение количества порошка составляет около 5% или более, это ощутимым для потребителя образом влияет на качество продукта в чашке.
Вторая проблема связана с выходом порошка из контейнера, который может быть неполным, либо не соответствовать заданному допуску. Иными словами, контейнер не обеспечивает опорожнение до заданной величины, и в нем остается существенное количество порошка. В традиционных контейнерах проблемы выхода порошка заключаются в порциях или весовых содержаниях порошка в порции, которые меньше требуемых, а также в наличии остатка порошка в контейнере, который не может быть извлечен при помощи дозирующего механизма. С учетом автономности контейнер, который обеспечивает выдачу малого объема порошка в рамках технических условий, нуждается в более частом заполнении оператором для того, чтобы концентрация напитка не стала неприемлемо слабой при уменьшении уровня порошка. Подобные контейнеры могут оказывать воздействие на качество продукта и требуют большего внимания от оператора при заправке и обслуживании устройства. Кроме того, проблемы выхода порошка приводят к возникновению гигиенических проблем, поскольку часть порошка не может быть удалена из контейнера и может остаться в нем на время, превышающее срок годности порошка.
Были разработаны системы, которые состоят из одного вращающегося колеса и разрушающего механизма, такого как проволочные ударные элементы или пружины, прикрепленные к колесу. Типичные контейнеры описаны в документах US 3013701 и US 4207995.
Дозирование обычно выполняется при помощи шнека, либо пружинного, либо винтового типа. Дозировочный торец контейнера содержит выход, который направляет порошок в зону смешивания. В документе US 2003/0234261 описана конструкция подобного контейнера, в котором перемешивающие колеса функционально связаны с поворотным объемным дозирующем средством для вращения в резервуаре при приведении в действие поворотного объемного дозирующего средства.
Известно также применение пружинного шнека в качестве поворотного объемного дозирующего средства и твердой вставки, размещенной внутри пружинного шнека для повышения плотности дозировки и уменьшения изменений дозировки между дозировочными циклами.
В то же время по нескольким причинам не всегда можно рекомендовать установку элементов внутри порошка. Во-первых, элементы, расположенные внутри порошка, должны быть совместимы с пищевыми продуктами и не должны снижать качество порошка. Кроме того, элементы занимают существенное место внутри контейнера, уменьшая объем, предназначенный для порошка. И наконец, эти элементы воздействуют на плотность порошка путем его сжатия с одной стороны колеса и снижения его плотности с другой стороны колеса, что приводит к изменениям в дозировке.
Таким образом, по-прежнему существует необходимость в усовершенствовании контейнеров с точки зрения равномерности дозирования порошка и полноты его извлечения из контейнера.
Раскрытие изобретения
Изобретение относится к дозировочному контейнеру, содержащему емкость, имеющую дно в виде U-образного желоба, две торцевые стенки и две боковые стенки, прикрепленные к верхним краям U-образного желоба, и вращающееся объемное дозирующее средство, проходящее в продольном направлении вдоль дна емкости, выполненное с возможностью перемещения объема порошка в продольном направлении вдоль дна емкости и расположенное в U-образном желобе, верхний край которого доходит по меньшей мере до верхней части вращающегося объемного дозирующего средства.
Согласно изобретению по меньшей мере один участок по меньшей мере одной из боковых стенок емкости, прикрепленный к U-образному желобу, является прямым и наклонен наружу относительно вертикали под углом не более 25°, а предпочтительно - не более 20°.
Емкость имеет две торцевые стенки и две боковые стенки. Торцевые стенки обычно включают в себя переднюю и заднюю стенки, при этом передняя стенка соответствует части емкости, содержащей выходное отверстие для порошка, из которого осуществляется раздача содержащегося в емкости порошка. В качестве дна емкость содержит U-образный желоб, внутри которого между двумя торцевыми стенками расположено дозирующее средство. Верхний край U-образного желоба проходит по меньшей мере до верхней части вращающегося объемного дозирующего средства.
По меньшей мере один участок по меньшей мере одной из стенок емкости над U-образным желобом является прямым и наклонен наружу относительно внутреннего объема емкости. Предпочтительно по меньшей мере две боковые стенки имеют по меньшей мере один прямой участок над U-образным желобом, наклоненный наружу. Предпочтительно они наклонены на одинаковый угол α. Аналогично, по меньшей мере одна из двух торцевых стенок имеет участок над U-образным желобом, наклоненный на угол β. Над этими наклоненными наружу участками стенки могут иметь любую форму, как криволинейную, так и прямую. Тем не менее, в целях оптимизации площади, занимаемой емкостью в аппарате, наклонным может быть только участок стенок, расположенный непосредственно над U-образным желобом, а остальные участки стенок могут быть вертикальными, в особенности это касается торцевых стенок. Для решения проблемы точного дозирования участки стенок емкости над U-образным желобом наклонены наружу относительно вертикали на соответствующий угол (α, β), не превышающий 25°, а предпочтительно - не превышающий 20°.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения вся верхняя поверхность объемного дозирующего средства является свободной и обеспечивает прием порошка. В частности, вся верхняя поверхность объемного дозирующего средства свободна от любых заграждающих элементов. Порошок свободно покрывает всю верхнюю поверхность объемного дозирующего средства.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения во внутреннем объеме емкости над U-образным желобом отсутствуют внутренние перегородки. Таким образом, порошок, содержащийся в емкости, направляется к вращающемуся дозирующему средству только наклоненными наружу участками (наклоненным наружу участком) стенок. Предпочтительно во внутреннем объеме емкости над U-образным желобом также отсутствуют внутренние вращающиеся колеса или внутренние толкатели.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения передняя часть вращающегося объемного дозирующего средства выходит в продольном направлении за пределы дна емкости и располагается в полом цилиндре. Цилиндр имеет по существу тот же диаметр, что и вращающееся дозирующее средство, за счет чего обеспечивается свободное вращение вращающегося дозирующего средства внутри него. Данный цилиндр повышает точность дозирования дозировочного контейнера за счет исключения попадания паразитных потоков порошка в дозирующего средство в районе передней части.
Объемное дозирующее средство, применяемое в дозировочном контейнере согласно изобретению, обеспечивает перемещение объема порошка в продольном, т.е. горизонтальном, направлении по дну емкости от задней стенки к передней стенке. Объемное дозирующее средство может представлять собой винтовой или пружинный шнек. Предпочтительно диаметр винтового или пружинного шнека по существу совпадает с диаметром полуцилиндрической части U-образного желоба. Таким образом, шнек может свободно вращаться внутри полутрубки. Обычно вращающееся дозирующее средство приводится в действие электродвигателем.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения шнек может обеспечивать перемещение объема порошка, который меняется в зависимости от продольного положения по длине шнека. В предпочтительном варианте осуществления изобретения объем перемещаемого шнеком порошка около задней части шнека меньше, чем около передней части шнека. Объем может увеличиваться постепенно или ступенчато. Объемное дозирующее средство может представлять собой пружинный шнек с твердой вставкой, расположенной внутри пружины в задней части шнека. Данная вставка может иметь сечение, сужающееся по длине пружины от заднего конца к переднему. Таким образом, твердая вставка вызывает снижение способности шнека перемещать порошок в данной области по сравнению с передней зоной. Данная вставка предпочтительно имеет форму конуса, острый конец которого направлен в сторону передней части контейнера.
Отношение длины желоба к его ширине предпочтительно составляет не более 6.
Согласно другому варианту осуществления изобретения дозировочный контейнер на своей внешней поверхности может содержать ударное или вибрационное средство. Однако контейнер согласно изобретению не содержит каких-либо встряхивающих, ударных или вибрационных средств во внутреннем объеме с порошком.
Предпочтительно дозировочный контейнер согласно изобретению предназначен для дозирования помещенного в емкость порошка для получения напитка или пищевого продукта, такого как, например, кофе, молоко, шоколад, чай, сливки или суп. В особенности контейнер приспособлен для дозирования порошка с максимальным размером гранул 4 мм, а предпочтительно 3 мм.
Изобретение также относится к устройству раздачи напитка, содержащему описанный выше дозировочный контейнер. Выпускная труба контейнера может быть расположена таким образом, чтобы обеспечивать подачу дозируемого порошка в смесительный бункер или чашку, в которых производится смешивание порошка с растворяющим веществом.
Изобретение поясняется чертежами.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показан дозировочный контейнер согласно изобретению, вид в перспективе;
на фиг.2 - то же, вид в разрезе по линии A-A на фиг.1;
на фиг.3 - то же, вид сбоку;
на фиг.4 - то же, вид в разрезе по линии B-B на фиг.2;
на фиг.5 показана нижняя часть емкости известного дозировочного контейнера, вид в поперечном разрезе;
на фиг.6-8 показаны графики, иллюстрирующие отклонение в дозировке при дозировании различных порошков с помощью контейнера согласно изобретению и с помощью известного контейнера.
Осуществление изобретения
На фиг.1 показан дозировочный контейнер согласно изобретению. Он содержит емкость 1, имеющую две боковые стенки 1a, 1b и две торцевые стенки: переднюю торцевую стенку 1c и заднюю торцевую стенку 1d. Передней частью контейнера считается часть, расположенная в районе выходного отверстия. Дно 1е емкости 1 представляет собой U-образный желоб 1e, в котором расположено вращающееся объемное дозирующее средство, как показано на фиг.2 и 4. Вращающееся объемное дозирующее средство выполнено в виде пружинного шнека 2, однако оно может также представлять собой винтовой шнек или любое другое объемное дозирующее средство, которое выполнено с возможностью перемещения объема порошка в продольном направлении вдоль дна емкости, т.е. в горизонтальном направлении от задней стенки к передней. Дозирующее средство проходит по всей длине емкости в районе ее дна. Задний конец шнека установлен с возможностью вращения в отверстии задней торцевой стенки 1d и оканчивается соединителем 3. Соединитель 3 предназначен для соединения с валом стандартной системы электропривода, например, электродвигателя постоянного тока. Внутри шнековой пружины расположена вставка 7. Поперечное сечение данной вставки сужается по длине пружины от заднего конца 7a к переднему концу 7b. Согласно изобретению верхний край 1f U-образного желоба доходит по меньшей мере до верхней части вращающегося объемного дозирующего средства, которая в данном случае является верхней частью шнековой пружины. Указанный край 1f показан на разрезе емкости 1 на фиг.4. Таким образом, вращающееся объемное дозирующее средство по вертикали полностью размещено внутри U-образного желоба. Участки стенок la, 1b, 1c, прикрепленные к U-образному желобу, наклонены наружу относительно вертикали на соответствующие углы α=20° и β=20°. За счет наличия данных наклонов наружу обеспечивается больший полезный объем емкости, чем при вертикальных стенках. В то же время выбор конкретного значения, меньшего 20°, также влияет на повышение точности дозирования из контейнера и на полноту его опорожнения.
Передняя часть 2с вращающегося объемного дозирующего средства в продольном направлении выходит за пределы дна емкости 1e и размещается в замкнутом цилиндре 4. Цилиндр имеет по существу такой же диаметр, что и пружина шнека. На конце цилиндра 4 может устанавливаться дополнительная разгрузочная труба 6, представляющая собой выпускную трубу контейнера, предназначенная для перенаправления потока выходящего из контейнера порошка, например, в направлении смесительного бункера или раздаточной линии. Также возможно наличие перегородки 5 для частичного закрытия переднего конца цилиндра. Данная перегородка показана на фиг.1 и 3, на которых разгрузочная труба 6 показана частично прозрачной.
По сравнению с известный дозировочным контейнером дозировочный контейнер согласно изобретению обеспечивает меньшее отклонение в дозировке, большее время работы без дозаправки, меньшее среднеквадратичное отклонение времени работы без дозаправки и снижает количество порошка, остающегося в контейнере.
Примеры
Контейнер согласно изобретению и известный контейнер заполнялись различными типами порошков. Данные порошки высыпались из дозировочных контейнеров, и проводилось определение отклонений в дозировке, коэффициента выхода порошка, среднеквадратичного отклонения времени работы без дозаправки и количества порошка, остающегося в контейнере в конце эксперимента.
В данных примерах в качестве контейнера согласно изобретению использовался контейнер, показанный на фиг.1-4.
В отличие от контейнера согласно изобретению в известном контейнере:
- пружинный шнек размещался в полутрубке (1f) таким образом, что пружина (2) только частично располагалась внутри полутрубки, а половина пружины вступала из указанной полутрубки, как показано на фиг.5;
- боковые стенки (1a, 1b) емкости над пружинным шнеком были наклонены по отношению к вертикали под углом α, составляющим более 20°;
- торцевые стенки емкости над пружинным шнеком были наклонены по отношению к вертикали под углом β (не показанным на чертеже), составляющим 20°.
Известный контейнер также содержал вращающееся колесо, которое приводилось в действие за счет зацепления его внешних зубьев с пружинным шнеком. В пружинном шнеке отсутствовали какие-либо вставки.
Пример 1
Отклонения в дозировке каждого порошка для контейнеров представлялись в виде отношения веса порции к среднему весу порции как функции отношения веса высыпанного порошка к весу засыпанного в контейнер порошка в начале эксперимента. Результаты представлены на фиг.6-8.
Графики для каждого порошка были построены для контейнера согласно изобретению и для известного контейнера.
На фиг.6 показаны отклонения в дозировке для контейнера согласно изобретению (график A) и для известного контейнера (график B) при дозировании и раздаче порошка для приготовления капучино. Оказалось, что отношение веса порции к весу средней порции для дозировочного контейнера согласно изобретению от момента его заполнения до момента опорожнения равно почти 1, в то время как отношение веса порции к весу средней порции для известного дозировочного контейнера находится в диапазоне 0,83-1,1.
На фиг.7 показаны отклонения в дозировке шоколадного порошка.
На фиг.8 показаны отклонения в дозировке кофейного порошка.
Пример 2
Коэффициент выхода соответствует процентному отношению веса порошка, вышедшего из емкости, к весу порошка, засыпанного в емкость, когда отклонение в дозировке не равно 1.
Коэффициент выхода порошка, рассчитанный как среднее значение для 14 различных порошков (в том числе сливок, кофе, шоколада, пенки для кофе капучино и т.д.), для контейнера согласно изобретению составил 91%, в то время как для известного контейнера он составил 67%.
Пример 3
Среднеквадратичное отклонение времени работы без дозаправки, рассчитанное как среднее значение для 14 различных порошков (в том числе сливок, кофе, шоколада, пенки кофе капучино и т.д.), для контейнера согласно изобретению составило 2,2%, а для известного контейнера - 5,2%.
Пример 4
Количество порошка, остающегося в контейнере в конце экспериментов, соответствует весу порошка, который не может быть удален при помощи дозирующих средств и остается в резервуаре.
Данное количество порошка, рассчитанное как среднее значение для 14 различных порошков (в том числе сливок, кофе, шоколада, пенки кофе капучино и т.д.), для контейнера согласно изобретению составило 0,4%, а для известного контейнера - 3,8%.