УСТРОЙСТВО ДЛЯ СМЕШИВАНИЯ ЖИДКОСТЕЙ
DEVICE FOR MIXING LIQUIDS

Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству для смешивания жидкостей.
Уровень техники
В настоящее время известно несколько типов устройства для смешивания жидкостей, например, используемое для приготовления напитков, в которых сироп или концентрированный сок подлежит смешиванию с разбавителем, например, водой, для получения желаемого напитка.
Эти устройства, в целом, имеют первую подводящую линию для первой жидкости, например, воды, вдоль которой расположены первые клапанные средства, выполненные с возможностью управления объемом потока первой жидкости, вторую подводящую линию для второй жидкости, например, сиропа или сока, вдоль которой установлены вторые клапанные средства, выполненные с возможностью управления объемом потока второй жидкости, и средства для смешивания обеих жидкостей.
С целью получения вкуса напитка, являющегося настолько воспроизводимым, насколько это возможно, с течением времени, соотношение между раздаваемыми жидкостями должно поддерживаться, по существу, постоянным.
Следует упомянуть некоторые устройства для смешивания жидкостей, известные из US 5868279, US 2004/0084475 и US 6450369.
В частности, в US 5868279 предусмотрено, что вдоль каждой из подводящих линий установлены относительно постоянно открытые клапаны, и что ниже по потоку от них должен быть установлен измеритель потока, выполненный с возможностью отправки сигнала соответствующему средству управления, запрограммированному на закрытие клапанов, когда зарегистрированная скорость потока превышает заранее определенное значение. Как только устанавливается соблюдение желаемого соотношения между жидкостями, средства управления снова открывают ранее закрытые клапаны.
Устройство, описанное в US 5868279, затем выполняет дискретный тип управления объемом потока жидкостей, т.е. в момент, когда объем потока одной из двух жидкостей достигает относительного опорного значения, его раздача прерывается, тогда как другая жидкость поддерживается активной до тех пор, пока соотношение между ними не достигнет требуемого значения.
Таким образом, объем потока жидкостей регулируется путем воздействия на соответствующие клапаны, закрывающие их.
В US 2004/0084475 описана система для раздачи напитков, в которой проводится измерение объема потока сиропа посредством датчика давления и датчика температуры, а также объема потока воды посредством датчика объема потока, сигналы которых отправляются на устройство управления, выполненное с возможностью управления соответствующими клапанами с целью получения требуемого соотношения между объемами потоков раздаваемых жидкостей.
В частности, устройство управления выполняет модуляцию клапанов наподобие широтно-импульсной модуляции (ШИМ), которая варьирует направление тока в катушках клапанов и изменяет магнитное поле и положение затвора клапана, в соответствии с обнаруженными объемами потока и заранее заданным соотношением.
В US 6450369 описано устройство для раздачи напитков, которое снабжено одним поршнем, расположенным между линиями раздачи жидкостей и средствами смешивания, и выполненным с возможностью регулировки раздачи обеих жидкостей.
В частности, такое устройство обеспечивает обнаружение объема потока обеих жидкостей и управление с обратной связью объемом потока воды посредством вышеупомянутого поршня, в соответствии с измеренным объемом потока сиропа, с целью получения заранее определенного соотношения между ними.
Эти известные устройства имеют некоторые недостатки.
В действительности, они не обеспечивают возможность точного и быстрого управления с обратной связью объемами потока жидкости. В частности, управление объемом потока, выполняемое путем регулирования времени открытия соответствующих клапанов, не обеспечивает возможность, в том числе ввиду времени реакции соответствующих заслонок, эффективного управления с обратной связью объемом потока жидкостей.
Такая ограниченность устройств известного типа, в целом, постепенно преобразовывается в низкую воспроизводимость вкуса раздаваемых напитков, что, таким образом, может повлиять на восприятие потребителями.
Как правило, чем больше рабочее давление и вязкость раздаваемых жидкостей, тем более очевиден этот недостаток.
К этому необходимо добавить тот факт, что устройства известного типа имеют низкую, если не нулевую, возможность регулирования объема потока двух жидкостей и поддержания желаемого коэффициента смешивания с учетом вариации давления и температуры самих жидкостей. Описание изобретения
Основной целью настоящего изобретения является создание устройства для смешивания жидкостей, которое обеспечивает возможность эффективного выполнения управления с обратной связью объемом потока жидкостей.
В рамках данной задачи, одной целью настоящего изобретения является управление, по существу непрерывным образом, объемом потока раздаваемых жидкостей и соотношениями между ними.
Другой целью настоящего изобретения является уменьшение потерей напора жидкостей во время пересечения клапанных средств для ограничения завихрений и потери насыщения углекислым газом при газировании жидкостей.
Еще одна цель заключается в обеспечении клапанных средств, обладающих быстрым и точным приведением в действие и, в то же время, в предотвращении постепенного образования осадка сахарного компонента сиропа, служащего помехой при перемещении соответствующих заслонок.
Дополнительной целью настоящего изобретения является создание устройства для смешивания жидкостей, которое позволяет:
- устанавливать объем потока жидкостей в заранее определенном диапазоне;
- поддерживать неизменный объем потока при различных давлениях, заданных верхней по ходу потока системой подачи;
- сохранять и повторно выдавать напиток в качестве смеси жидкостей даже при изменении температуры.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание устройства для смешивания жидкостей, позволяющего преодолеть упомянутые недостатки известных устройств, в пределах простого, рационального, легкого, эффективного в использовании и доступного решения.
Вышеупомянутые цели успешно достигаются посредством настоящего устройства для смешивания жидкостей по пункту 1 формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Другие характеристики и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из описания предпочтительного, но не исчерпывающего, варианта реализации устройства для смешивания жидкостей, проиллюстрированного в качестве показательного, но не ограничивающего примера на прилагаемых чертежах, на которых:
Фигура 1 представляет собой аксонометрический вид устройства, в соответствии с изобретением;
Фигура 2 представляет собой вид сверху устройства, в соответствии с изобретением;
Фигура 3 представляет собой вид в разрезе по плоскости III-III, изображенной на фигуре 2;
Фигура 4 представляет собой вид в разрезе по плоскости IV-IV, изображенной на фигуре 2;
Фигура 5 представляет собой аксонометрический вид под другим углом и частично выполненный пунктиром, устройства, в соответствии с изобретением;
Фигуры 6 и 7 представляют собой виды в разрезе в увеличенном масштабе, на которых изображен первый вариант реализации клапанных средств в устройстве, в соответствии с изобретением;
Фигуры 8 и 9 представляют собой аксонометрические виды в увеличенном масштабе и частично выполненные пунктиром, на которых изображен второй вариант реализации клапанных средств, присутствующих в устройстве, в соответствии с изобретением;
Фигура 10 представляет собой диаграмму, на которой изображена логика управления устройством, в соответствии с изобретением;
Фигура 11 представляет собой график, на котором изображена возможная последовательность циклов открытия и закрытия клапанных средств устройства, в соответствии с изобретением.
Варианты реализации изобретения
С конкретной ссылкой на данные фигуры, устройство для смешивания жидкостей, в частности, для получения напитков или подобного, в целом обозначено ссылочным обозначением 1.
Устройство 1 содержит основание 2, выполненное с возможностью установки, например, внутри машины для раздачи напитка, не показанной подробно на иллюстрациях ввиду известности ее типа.
На основании 2 установлен ряд компонентов, собранных вместе так, что они определяют:
- по меньшей мере первую подводящую линию 3 для первой жидкости, вдоль которой расположены по меньшей мере первые клапанные средства 4, при этом предусмотрены первые средства 5 управления, предназначенные для управления открытием/закрытием первых клапанных средств 4 для регулирования объема потока первой жидкости;
- по меньшей мере вторую подводящую линию 6 для второй жидкости, вдоль которой расположены по меньшей мере вторые клапанные средства 7, при этом предусмотрены вторые средства 8 управления, предназначенные для управления открытием/закрытием вторых клапанных средств 7 для регулирования объема потока второй жидкости; и
- средства 9 смешивания первой жидкости и второй жидкости, сообщающиеся с первой подводящей линией 3 и второй подводящей линией 6. Средства 9 смешивания состоят, например, из общего выпускного отверстия, которым заканчивается первая подводящая линия 3 и вторая подводящая линия 6.
Первая жидкость состоит, например, из воды с добавлением, при необходимости, диоксида углерода.
Вторая жидкость состоит, например, из сиропа или концентрированного сока, которые при смешивании с водой образуют напиток.
По меньшей мере одно из первых клапанных средств 4 и вторых клапанных средств 7, предпочтительно оба, содержит корпус 10, определяющий приемную камеру 11 для соответствующей жидкости, имеющую по меньшей мере одно впускное отверстие 12 и по меньшей мере одно выпускное отверстие 13.
Внутри приемной камеры 11 установлена по меньшей мере одна подвижная заслонка 14, предназначенная для обеспечения сообщения между впускным отверстием 12 и выпускным отверстием 13 или для их отделения друг от друга.
Заслонка 14 имеет опорную поверхность по существу кольцеобразной формы, предназначенную для размещения на корпусе 10 в выпускном отверстии 13 для того чтобы препятствовать потоку жидкости.
В первом варианте реализации клапанных средств 4, 7, подробно представленных на фигурах 6 и 7, выпускное отверстие 13 имеет в основном круглую форму, а опорная поверхность предназначена для размещения на корпусе 10 на периферийной кромке самого выпускного отверстия.
Во втором варианте реализации клапанных средств 4, 7, подробно представленных на фигурах 8 и 9, напротив, выпускное отверстие 13 имеет по существу кольцеобразную форму и определено, например, рядом обтекаемых пазов, расположенных точно в виде замкнутой цепи.
В данном втором варианте реализации, опорная поверхность заслонки 14 предназначена для прилегания к самому выпускному отверстию и, для большей эффективности, заслонка 14 является чашеобразной, полой внутри и имеет по меньшей мере одно отверстие 15 для прохождения потока соответствующей жидкости; таким образом, при перемещении затворки 14 от выпускного отверстия 13, упрощается поток соответствующей жидкости через клапанные средства 4, 7.
Предпочтительно, корпус 10 содержит по меньшей мере один выпускной канал 16 для жидкости, который проходит от выпускного отверстия 13 и который имеет по существу форму трубы Вентури.
По меньшей мере одни из первых клапанных средств 4 и вторых клапанных средств 7, предпочтительно оба, содержат по меньшей мере один уплотняющий элемент 17, выполненный с возможностью гидравлического отделения соответствующих средств 5, 8 управления от соответствующей приемной камеры 11, тем самым предотвращая вытекание жидкостей из приемной камеры 11 и смачивание средств управления.
В этой связи следует уточнить, что средства 5, 8 управления являются средствами электронного типа и, следовательно, должны поддерживаться сухими.
В частности, по меньшей мере одно из средств 5, 8 управления, предпочтительно оба, содержит по меньшей мере одну управляющую катушку 18.
Благодаря управляющей катушке 18, средства 5, 8 управления выполнены с возможностью управления ими, начиная от активной конфигурации, в которой они способны генерировать магнитное поле, приводящее затворку 14 в открытое положение, и заканчивая конфигурацией с состоянием покоя, в котором они прерывают магнитное поле и содержат средства 19 возврата по типу пружины или подобные, предназначенные для предотвращения самостоятельного возврата затворки 14 в относительное открытое положение.
Устройство 1 содержит приводящие средства 20 для приведения в действие по меньшей мере одних из первых средств 5 управления или вторых средств 8 управления и предназначены для поддержания по меньшей мере заранее определенного соотношения между объемом потока первой жидкости и объемом потока второй жидкости по соответствующим подводящим линиям 3, 6.
Приводящие средства 20 содержат средства 21, 22 генерации импульсного приводного сигнала 23 посредством импульсов, предназначенные для открытия первых клапанных средств 4 и/или вторых клапанных средств 7 в течение импульсного периода открытия Т-on и для закрытия первых клапанных средств 4 и/или вторых клапанных средств 7 в течение импульсного периода закрытия T-off, причем соотношение между импульсным периодом открытия Т-on и импульсным периодом закрытия T-off для каждого импульса является постоянным и импульсы имеют переменную частоту повторения.
На практике, при каждом цикле открытия и закрытия клапанных средств 4, 7, длительность импульсного периода открытия Т-on и длительность импульсного периода закрытия T-off могут изменяться, но всегда пропорционально.
Иными словами, при изменении импульсного периода открытия Т-on, импульсный период закрытия T-off также изменяется пропорционально.
Такая схема графически изображена на фигуре 11, на которой можно видеть то, что в первой рабочей фазе импульсы характеризуются достаточно длительными импульсными периодами открытия Т-on и импульсными периодами закрытия T-off, повторяющимися с относительно низкой частотой повторения, тогда как во второй рабочей фазе импульсы характеризуются достаточно краткими импульсными периодами открытия Т-on и импульсными периодами закрытия T-off, повторяющимися с относительно низкой частотой повторения; однако, как в первой, так и во второй рабочей фазе, соотношение T-on/T-off является фиксированным и неизменным.
В качестве преимущества, импульсный управляющий сигнал 23 состоит из сигналов частотно-импульсной модуляции (ЧИМ), в которой, на практике, длительность импульсов, т.е. точно предполагаемое соотношение T-on/T-off, является фиксированной, а частота повторений колеблется.
Частота ЧИМ определяется системой по существу на основе совместного действия отклонения интегрального управления с обратной связью и опорного управления с прямой связью.
В частности, средства 21, 22 генерации содержат по меньшей мере один блок 21 частотно-импульсной модуляции (ЧИМ), предназначенный для приема, в качестве входных данных, заранее определенного управляющего сигнала 24, подлежащего модуляции, и возврата на выходе импульсного приводного сигнала 23.
Средства генерации 21, 22 также содержат по меньшей мере одну управляющую схему 22, подключенную выше по потоку относительно блока 21 частотной модуляции, выполненную с возможностью приема, в качестве входных данных, по меньшей мере опорного значения 25 потока, предоставленного блоком управления, и выполненную с возможностью генерации на выходе управляющего сигнала 24.
Приводящие средства 20 также содержат по меньшей мере один датчик 26, 27 объема потока, установленный вдоль первой подводящей линии 3 и/или второй подводящей линии 6, соответственно, выше по ходу потока относительно первых клапанных средств 4 и/или вторых клапанных средств 7, который выполнен с возможностью измерения по меньшей мере одного значения 28 потока, соответствующего объему потока жидкостей в подводящих линиях 3,6.
Управляющая схема 22 содержит по меньшей мере одну линию 29 обратной связи, соединенную с датчиком 26, 27 объема потока, который позволяет управляющей схеме 22 получать, в качестве входных данных, не только опорное значение 25 потока, но также и значение 28 потока, измеренное с помощью датчика 26, 27 объема потока.
Управляющая схема 22 сравнивает опорное значение 25 объема потока со значением 28 потока, измеренным с помощью датчика 26, 27 объема потока, и вычисляет отклонение управления как разницу между двумя показателями и, при необходимости, определяет общую сумму с помощью интегрирующего устройства.
Из суммарного отклонения управления и из опорного значения 25 потока, которое является не более чем прямым управлением, управляющая схема 22 выдает на выходе управляющий сигнал 24, подлежащий модуляции.
Контрольный сигнал 24 принимается блоком 21 частотной модуляции, который возвращает на выходе импульсный управляющий сигнал 23, имеющий частоту импульсов ЧИМ, которая пропорционально зависит от магнитуды управляющего сигнала 24. Импульсный управляющий сигнал 23, полученный таким образом, управляет открытием и закрытием клапанных средств 4, 7.
В этой связи следует отметить, что управляющая катушка 18 средств 5, 8 управления функционально связана с выходом средств 21, 22 генерации и по меньшей мере с одним из первых и вторых клапанных средств 4, 7.
Управляющая катушка 18 также предназначена для приведения в действие по меньшей мере одних из первых и вторых клапанных средств 4, 7 при каждом импульсе импульсного управляющего сигнала 23.
Преимущественно, предусмотрены две управляющие катушки 18, одна для первого средства 5 управления и одна для второго средства 8 управления.
Подобным образом, имеется два датчика 26, 27 объема потока, из числа которых первый датчик 26 объема потока расположен вдоль первой подводящей линии 3, а второй датчик 27 объема потока расположен вдоль второй подводящей линии 6.
Датчики 26, 27 объема потока, предпочтительно, должны быть такого типа, который не предполагает перемещения.