Узел дозирования жидкости
LIQUID DOSING ASSEMBLY

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 B65D83/62). 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 B05B9/0838). 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 US2007/0235471 (приор. 27.05.2007, Заявитель Marty Radermacher, МПК B05C17/015), 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 US2007/0235471 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 и устанавливаемой внутрь по меньшей мере одной по меньшей мере частично тонкостенной капсулы, заполненной жидкостью, и выполнен с возможностью сжатия за счет давления газа стенок капсулы в процессе регулируемой порционной подачи жидкости, и снабжен блоком управления и включает датчик, регистрирующий жидкость, вытекающую из капсулы, сжатой за счет давления газа, функционально связанный с блоком управления, при этом датчик может быть выполнен в виде оптического датчика, либо в виде акустического датчика, либо в виде датчика электромагнитных волн, либо таймера, либо кондуктивного датчика, либо в виде микроволнового датчика, либо в виде комбинации из по меньшей мере двух из указанных датчиком. Кроме того, узел дозирования жидкости дополнительно снабжен по меньшей мере одним средством блокирования вытекания жидкости. Или в корпус установлено по меньшей мере две капсулы, заполненные жидкостью, при этом узел дозирования жидкости выполнен с возможностью дозирования жидкости одновременно только из одной капсулы или из двух, по выбору пользователя, и снабжен дополнительно по меньшей мере двумя, по числу капсул, средствами блокирования вытекания жидкости. Кроме того, капсула дополнительно снабжена выходным штуцером для вытекания жидкости, при этом выходной штуцер может быть выполнен заедино с оболочкой капсулы, либо в виде съемной дозирующей насадки, или корпус дополнительно снабжен выходным штуцером для вытекания жидкости, а капсула дополнительно снабжена средством крепления к выходному штуцеру.
На фигурах представлены примеры исполнения узла дозирования жидкости.
На фигуре 1 представлен пример узла дозирования жидкости с одной капсулой, где выходной штуцер выполнен заедино с оболочкой капсулы, а средство блокирования вытекания жидкости отсутствует.
На фигуре 2 представлен пример узла дозирования жидкости с одной капсулой, где выходной штуцер выполнен как часть корпуса, и присутствует средство блокирования вытекания жидкости.
На фигуре 3 представлен пример узла дозирования жидкости с двумя капсулами, где оба выходных штуцера выполнены как часть корпуса, и присутствуют два средства блокирования вытекания жидкости.
На фигуре 4 представлен пример узла дозирования жидкости с двумя капсулами, где оба выходных штуцера выполнены в виде съемной дозирующей насадки, и присутствуют два средства блокирования вытекания жидкости.
На фигуре 5 представлен пример съемной дозирующей насадки.
Узел дозирования жидкости состоит из корпуса 2, средства подачи газа 7, по меньшей мере одной капсулы 3, устанавливаемой внутрь корпуса 2, датчика 4 и блока управления (на фигурах не представлен). Дополнительно узел дозирования жидкости может включать в себя другие элементы, дополняющие базовую схему и позволяющие адаптировать узел под разные задачи.
Корпус 2 может быть выполнен из, например, но не ограничиваясь перечисленными вариантами, металла, например, нержавеющая сталь, или полимерного материала, например пластика или смеси пластиков, или ударопрочного стекла. Корпус 2 может быть разъемным на, по меньшей мере, две части, 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).
Внутри корпуса 2 расположена по меньшей мере одна капсула 3 с дозируемой жидкостью, например сиропом, концентратом и/или другой жидкостью. Капсула 3 представляет собой по меньшей мере частично тонкостенную оболочку. 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, например, из полиолефина, и частично из эластичного материала.
Возможен вариант исполнения узла дозирования, где капсула 3 установлена в корпус 2, при этом капсула 3 может быть снабжена выходным штуцером 5, являющимся частью капсулы 3. При этом выходной штуцер 5 представляет из себя капилляр, выполненный, например, из полимерного материала, предпочтительно силикона, полиолефина, или стекла. Дополнительно выходной штуцер 5 может иметь защитный колпачок (на фигурах не представлен) или запаянный конец, который отламывается перед началом процесса дозирования или перед установкой капсулы 3 в корпус 2.
Возможен вариант исполнения узла дозирования, где капсула 3 установлена в корпус 2, при этом корпус 2 может быть снабжен выходным штуцером 5, выполненном в виде канала в корпусе 2 или капилляра, установленного в корпус 2. При этом капсула 3 имеет выходное отверстие для жидкости (на фигурах не обозначено), которое при установке капсулы 3 в корпус 2 совмещается с выходным штуцером 5. При этом капсула 3 снабжена средством крепления 8 к выходному штуцеру 5, предназначенному для того, чтобы в процессе эксплуатации не происходило смещение выходного отверстия капсулы, относительно выходного штуцера 5. Средство крепление 8 может быть выполнено, например, но не ограничиваясь только перечисленными вариантами, в виде по меньшей мере одного зацепа, который цепляется за выходной штуцер 5. Либо средство крепление 8 может быть выполнено в виде цилиндрического фитинга с резьбой, при этом корпус 2 и/или выходной штуцер 5 снабжены ответной частью к резьбе средства крепления 8.
Возможен вариант исполнения узла дозирования, где капсула 3 установлена в корпус 2, при этом корпус 2 имеет выходной штуцер 5, выполненный, например, в виде отверстия в корпусе 2 или капилляра, установленного в корпус 2. Капсула 3 снабжена средством крепления 8, выполненном, например, в виде пластиковой втулки или пластикового фитинга с защелкой или резьбовым соединением. Дополнительно узел дозирования жидкости содержит съемную дозирующую насадку 10, которая выполнена из полимерного материала и представляет собой капилляр и крепежный элемент, который является ответной частью к средству крепления 8. Съемная дозирующая насадка 10 прикрепляется к капсуле 3 перед установкой капсулы 3 в корпус 2. При установке капсулы 3 вместе с прикрепленной к ней съемной дозирующей насадкой 10 в корпус 2 съемная дозирующая насадка 10 совмещается с выходным штуцером 5. Дополнительно съемная дозирующая насадка 10 может иметь защитный колпачок (на фигурах не представлен) или запаянный конец, который отламывается перед началом процесса дозирования или перед установкой капсулы 3 со съемной дозирующей насадкой 10 в корпус 2. Съемная дозирующая насадка 10 может быть однократного использования или многоразовая с возможностью без потери свойств отсоединять ее от капсулы 3 и присоединять обратно к той же самой или другой аналогичной капсуле 3.
Дополнительно узел дозирования жидкости может содержать средство блокирования вытекания жидкости 9, пережимающее выходной штуцер 5 капсулы 3 или съемную дозирующую насадку 10, блокируя вытекание жидкости, в том числе в том случае, когда корпус 2 заполняется газом, оказывающим давление на стенки капсулы 3.
Возможен вариант исполнения, где внутри корпуса 2 расположено по меньшей мере две капсулы 3 аналогичной конструкции, при этом каждая из капсул 3 соединена с выходным штуцером 5, где конструкция выходного штуцера 5 и соединение выходного штуцера 5 с капсулой 3 и корпусом 2 может быть любое из описанных выше, при этом узел дозирования жидкости дополнительно содержит средства блокирования вытекания жидкости 9 в том же количестве, что и капсул 3.
Средство подачи газа 7 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 7 может быть, например, встроено в корпус 2, при этом средство подачи газа 7 может иметь автономный источник питания или быть подключенным к внешнему источнику питания тонким проводом. Средство подачи газа 7 может быть соединено с корпусом 2 гибкой трубкой, при этом корпус 2 может быть дополнительно снабжен штуцером 6 для повышения точности и надежности крепления. Средство подачи газа 8 функционально связано с блоком управления (на фигурах не представлен). Дополнительно узел дозирования жидкости может быть снабжен клапаном сброса давления (на фигурах не представлен), встроенным, например, в корпус 2, или в средство подачи газа 7, или в штуцер 6.
Блок управления (на фигурах не представлен) выполнен в виде контроллера, функционально связанного со средством подачи газа 8 и датчиком 4. Дополнительно блок управление может быть функционально связан с по меньшей мере одним средством блокирования вытекания жидкости. Контроллер может быть автономный, связанный только с узлом дозирования жидкости, или являться частью аппарата приготовления напитков.
Датчик 4 может быть выполнено, но не ограничиваясь только перечисленными вариантами, в виде акустического, оптического или датчика электромагнитных волн, либо в виде таймера, либо в виде кондуктивного или микроволнового датчика, либо в виде комбинации из по меньшей мере двух указанных датчиков.
Заявляемый узел устройства дозирования, может быть применяться в различных аппаратах приготовления напитков, при этом конструкция самого аппарата может предусматривать отдельный канал для дозирования жидкости и отдельный канал для подачи воды, либо выполненный заедино канал, который одновременно является каналом подачи воды и каналом для дозирования жидкости. 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 рамках отличительных признаков узел дозирования жидкости работает следующим образом. Пользователь устанавливает капсулу 3, заполненную жидкостью, внутрь корпуса 2, при этом конструкция в сборе предпочтительно герметична. При запуске процесса дозирования пользователь включает контроллер и/или запускает средство подачи газа 7. Средство подачи газа 7 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, 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. Датчик 4 регистрирует наличие жидкости в выходном штуцере 5, либо, в случае если датчик выполнен в виде таймера, время начала дозирования. В случае, если датчик 4 выполнен в виде акустического, оптического или датчика электромагнитных волн, регистрируется поток жидкости, поступающей через выходной штуцер и, таким образом, фиксируется количество порции дозируемой жидкости. При достижении заданного объема порции контроллер, на основании показаний датчика 4, отключает средство подачи газа 7. В случае, если датчик 4 выполнен в виде таймера, датчик 4 отмеряет интервал времени, достаточный для дозирования заданной порции жидкости, после чего по сигналу датчика 4, контроллер отключает средство подачи газа 7. В случае, если датчик 4 выполнен в виде кондуктивного или микроволнового датчика, фиксируется наличие жидкости в выходном штуцере 5, при этом средство подачи газа 7 подает газ в корпус 2 порционно, где порция газа рассчитана на дозирование заданной порции жидкости, при этом датчик 4 фиксирует наличие жидкости в выходном штуцере, в случае, если в процессе работы средства подачи газа 7 датчик 4 фиксирует отсутствует жидкости в выходном штуцере 5, контроллер перезапускает средство подачи газа 7, или фиксирует окончание жидкости в капсуле 3 и сообщает пользователю. В случае, если датчик 4 выполнен в виде комбинации из, по меньшей мере, двух указанных датчиков, например, в виде таймера и кондуктивного или микроволнового датчика, то, как только жидкость поступает в выходной штуцер 5 и регистрируется ее наличие, в это момент включает таймер. Время, которое работает таймер, рассчитано на необходимую порцию жидкости. После того, как порция жидкости получена, по сигналу таймера контроллер отключает средство подачи газа 7 и регистрируется ее отсутствие в выходном штуцере 5.  В случае, когда блок управления дополнительно функционально связан со средством блокирования вытекания жидкости 9, по сигналу контроллера одновременно или сразу после включения средства подачи газа 7 происходит открытие средства блокирования вытекания жидкости 9, а одновременно с выключением средства подачи газа 7 или сразу после происходит закрытие средства блокирования вытекания жидкости 9. В случае, если в корпус 2 установлены две или более капсулы 3, при включении узла дозирования жидкости на дозирование по сигналу блока управления происходит открытие средства блокирования вытекания жидкости 9 для одной или более выбранных пользователем капсул 3, при этом для капсул 3, которые не были выбраны пользователем, средство блокирования вытекания жидкости 9 остается закрытым. После этого включается средство подачи газа 7, при этом газ подается в корпус 2, сжимая стенки всех капсул 3, но жидкость вытекает только из выбранных капсул 3. Далее после окончания дозирования заданной порции жидкости по сигналу датчика 4 контроллер отключает средство подачи газа 7, останавливая процесс дозирования.
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 и снижает воздействие на окружающую среду. Размер порции дозируемой жидкости может быть задан пользователем и отрегулирован с помощью блока управления как функция объема жидкости, прошедшей через выходной штуцер 5, либо как функция объема поданного газа, либо как коэффициент времени выдавливания, либо комбинацией указанных способов. Таким образом, пользователь может управлять процессом приготовления напитка, регулируя размер порции дозированной жидкости, таким образом, по сравнению с наиболее близким 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.