Емкости и способы смешивания и дозированной выдачи концентратов напитков - RU2586989C2
Код документа: RU2586989C2
Чертежи
Описание
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ
В настоящей заявке испрашивается конвенционный приоритет на основании патентной заявки США 61/379,664, поданной 2 сентября 2010 г., полное содержание которой вводится здесь ссылкой.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к емкостям и способам дозированной выдачи концентратов напитков, более конкретно к емкостям и способам разделения разных компонентов концентратов напитков до их соединения и дозированной выдачи.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Для уменьшения размеров упаковки, необходимой для обеспечения требуемого количества конечного продукта, могут использоваться жидкие концентраты. Однако некоторые концентрированные жидкости имеют недостаточный срок хранения из-за некоторых компонентов, входящих в их состав. Например, кислота, такая как лимонная или яблочная кислота, добавленная в жидкий концентрат, может уменьшить срок хранения концентрата жидкости.
Неоднократно предлагались решения для разделения разных компонентов перед дозированной выдачей их смеси. Некоторые из таких решений включают использование устройства с небольшой камерой, имеющей стенку, которую прокалывают для распределения содержимого этой камеры в другой камере, имеющей больший объем, как это описано в патенте US №7,017,735. Другие такие предложения описаны в заявках US №№2008/0116221, 2009/0236303, 2008/0245683. Недостаток таких устройств заключается в том, что камера, имеющая меньшие размеры, может ухудшать дозированную выдачу соединенных компонентов. В некоторых случаях эту камеру, имеющую меньшие размеры, удаляют после ее прокалывания. В этом случае могут ограничиваться функциональные возможности и удобство пользования такими устройствами.
Еще одна проблема, связанная с концентрированными жидкостями, заключается в том, что они могут включать концентрированные красители, которые должны обеспечивать необходимый цвет конечного продукта. Эти красители могут пачкать поверхности, такие как одежда, кожа и т.п., если они попадают на эти поверхности. Таким образом, емкость с концентрированной жидкостью будет неприемлемой, если при пользовании такой емкостью жидкий концентрат будет капать или будет подаваться из упаковки иным неконтролируемым образом. В некоторых емкостях струя жидкости подается из отверстия, когда пользователь сдавливает емкость. Когда такие емкости используются для хранения концентрированных жидкостей, возникают по меньшей мере две проблемы. Во-первых, вышеуказанная проблема пятен: если концентрированную жидкость выжимать во второй сосуд, в котором уже имеется жидкость, то происходит расплескивание, когда струя концентрированной жидкости ударяется в жидкость во втором сосуде. Этот расплескивающийся материал может пачкать окружающие поверхности, а также одежду и кожу пользователя.
Кроме того, в отличие от использования упаковок с более плотным содержимым, таких как, например, бутылочка кетчупа или соуса, из которых можно выдавливать их содержимое и оценивать визуально количество выжимаемого содержимого, при подаче жидкого концентрата из упаковки в другую жидкость пользователю трудно оценить, как много концентрата уже выдано, чтобы получить необходимую конечную смесь. Еще одна проблема может возникать, когда уровень концентрированной жидкости, остающейся в упаковке, снижается после нескольких использований. В этой ситуации количество концентрированной жидкости, выдавливаемой при использовании одного и того же усилия выдавливания, может существенно изменяться при изменении содержания жидкого концентрата внутри упаковки.
В изобретении предлагается емкость для дозированной выдачи жидкого концентрата напитка. Жидкий концентрат напитка формируется из первого компонента напитка, содержащегося в корпусе, и второго компонента напитка, содержащегося внутри картриджа, расположенного, по меньшей мере, частично внутри корпуса, причем сначала компоненты напитка разделены. Первый и второй компоненты напитка могут быть соединены для формирования жидкого концентрата напитка путем перемещения картриджа внутрь корпуса для открытия прохода для потока между картриджем и корпусом.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фигура 1 - вид в перспективе одного из вариантов емкости для дозированной выдачи концентратов напитков, на котором можно видеть корпус и колпачок с крышкой.
Фигура 2 - вид сечения емкости, показанной на фигуре 1, на котором можно видеть корпус, колпачок и крышку, а также внутренний картридж в положении разделения компонентов, когда в корпусе содержится первый компонент напитка, а в картридже содержится второй компонент напитка, и картридж не сообщается с корпусом, так что между ними не может проходить текучая среда.
Фигура 3 - вид сечения, аналогичный виду на фигуре 2, на котором также можно видеть корпус, колпачок и крышку, однако картридж в этом случае находится в положении смешивания, когда он сообщается с корпусом, так что между ними может проходить текучая среда.
Фигура 4 - увеличенный вид сечения, показанного на фигуре 2, в области горловины емкости с внутренним картриджем в положении разделения компонентов.
Фигура 5 - увеличенный вид сечения в области горловины емкости, аналогичный виду на фигуре 4, однако для случая, когда картридж находится в положения смешивания, в котором колпачок и соответственно картридж смещены в продольном направлении в сторону от отверстия для обеспечения выхода второго компонента напитка и смешивания со вторым компонентом в корпусе.
Фигура 6 - вид разобранной емкости, показанной на фигуре 1, на котором можно видеть корпус, картридж и колпачок с крышкой.
Фигура 7 - вид в перспективе картриджа, показанного на фигуре 6.
Фигура 8 - вид сверху в плане картриджа, показанного на фигуре 6.
Фигура 9 - вид сбоку картриджа, показанного на фигуре 6.
Фигура 10 - увеличенный вид сверху в плане выпускного горлышка и форсунки колпачка емкости, показанной на фигуре 1.
Фигура 11 - вид сечения емкости, показанной на фигуре 1, аналогичный виду на фигуре 2, однако отличающийся тем, что на нем показан первый компонент напитка в корпусе и второй компонент в картридже, причем картридж находится в положении разделения компонентов.
Фигура 12 - вид сечения емкости, аналогичный виду на фигуре 11, однако отличающийся тем, что емкость находится в положении, когда колпачок нажат для продвижения картриджа внутрь корпуса емкости в положение смешивания компонентов.
Фигура 13 - вид сечения емкости, аналогичный виду на фигуре 12, однако отличающийся тем, что емкость перевернута для обеспечения выхода второго компонента напитка из картриджа и смешивания в корпусе с первым компонентом напитка.
Фигура 14 - вид сечения емкости, аналогичный виду на фигуре 12, однако отличающийся тем, что емкость установлена в вертикальное положение, в котором первый и второй компонент смешаны в корпусе для формирования концентрата напитка.
Фигура 15 - вид в перспективе емкости, показанной на фигуре 14, содержащей концентрат напитка, причем корпус сдавливается пользователем для подачи струи концентрата напитка в стакан воды.
Фигура 16 - вид в перспективе другого варианта емкости для дозированной выдачи концентратов напитков, аналогичный виду на фигуре 1, однако отличающийся тем, что на емкости имеется съемная лента, которая препятствует смещению колпачка и соответственно картриджа, пока пользователь не снимет эту ленту.
Фигура 17 - вид снизу в перспективе, иллюстрирующий результаты испытаний на способность смешивания для испытываемых форсунок (показаны стаканы с разной степенью перемешивания).
Фигура 18 - вид сверху в плане, иллюстрирующий результаты испытаний на разбрызгивание при ударе струи для испытываемой форсунки (показан кофейный фильтр с отметками брызг на нем).
Фигура 19 - вид сверху в плане, иллюстрирующий результаты испытаний на разбрызгивание при ударе струи для испытываемой форсунки (показан кофейный фильтр с отметками брызг на нем).
Фигура 20 - вид сверху в плане, иллюстрирующий результаты испытаний на разбрызгивание при ударе струи для испытываемой форсунки (показан кофейный фильтр с отметками брызг на нем).
Фигура 21 - вид сверху в плане, иллюстрирующий результаты испытаний на разбрызгивание при ударе струи для испытываемой форсунки (показан кофейный фильтр с отметками брызг на нем).
Фигура 22 - вид сверху в плане, иллюстрирующий результаты испытаний на разбрызгивание при ударе струи для испытываемой форсунки (показан кофейный фильтр с отметками брызг на нем).
Фигура 23 - вид сверху в плане, иллюстрирующий результаты испытаний на разбрызгивание при ударе струи для испытываемой форсунки (показан кофейный фильтр с отметками брызг на нем).
Фигура 24 - вид сверху в плане, иллюстрирующий результаты испытаний на разбрызгивание при ударе струи для испытываемой форсунки (показан кофейный фильтр с отметками брызг на нем).
Фигура 25 - графическое представление показателя способности смешивания и показателя разбрызгивания для испытываемых форсунок.
Фигура 26 - графическое представление разницы массового расхода для слабого и сильного сдавливания для испытываемых форсунок.
Фигура 27 - графическое представление разницы величин импульс· секунда для слабого и сильного сдавливания для испытываемых форсунок.
Фигура 28 - графическое представление максимальной разницы между двумя точками полученных данных для линейности потока для испытываемых форсунок.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже раскрываются емкости и способы для дозированной выдачи жидкого концентрата напитка со ссылками на варианты осуществления изобретения, которые иллюстрируются на фигурах 1-28.
Емкость 10 имеет корпус 12 с колпачком 14, прикрепленным к верхней части корпуса, в соответствии с вариантом, представленным на фигуре 1. С нижней стороны колпачка 14 расположен картридж 30, как показано на фигурах 2 и 3. Корпус 12 содержит первую текучую среду 90, и картридж 30 содержит вторую текучую среду 92. Вначале первая 90 и вторая 92 текучие среды содержатся раздельно. В том случае когда необходимо использовать содержимое емкости, картридж 30 перемещают в такое положение относительно корпуса 12, в котором второй компонент 92 напитка может выходить из картриджа 30 и смешиваться с первым компонентом 90 напитка, находящимся в корпусе 12 емкости 10, для формирования концентрата 94 напитка. В положении разделения компонентов, как это показано на фигурах 1, 2, 4 и 11, картридж 30 удерживается в таком положении относительно горловины 22 в верхней части корпуса 12, в котором ограничивается или предотвращается вытекание текучей среды из картриджа 30 во внутреннее пространство корпуса 12 за счет взаимодействия между частью картриджа 30 и горловиной 22 корпуса 12. Однако в положении смешивания компонентов, как показано на фигурах 3, 5 и 12-14, картридж смещают таким образом, что вытекание текучей среды из картриджа во внутреннее пространство корпуса больше не ограничивается и не предотвращается за счет взаимодействия между частью картриджа 30 и горловиной 22 корпуса 12. Соответственно первый 90 и второй 92 компоненты напитка могут вначале содержаться раздельно, а затем картридж 30 может быть смещен относительно корпуса 12 емкости, чтобы первый 90 и второй 92 компоненты напитка могли соединяться или смешиваться для формирования концентрата 94 напитка. Затем концентрат 94 может быть подан в воду или другую жидкость, как показано на фигуре 15, для получения напитка. Примеры концентратов напитков раскрыты в заявке US 61/320,155, поданной 1 апреля 2010 г., полное содержание которой вводится ссылкой в настоящую заявку.
Как показано на фигурах 2 и 3, корпус 12 формируется нижней стенкой 18, противолежащим заплечиком 20 в верхней части корпуса 20 и боковой стенкой 16, проходящей между заплечиком 20 и нижней стенкой 18. От заплечика 20, противолежащего нижней стенке 18, проходит вверх горловина 22, которая формирует проход во внутреннее пространство корпуса 12. Горловина 22 имеет конструктивные элементы, обеспечивающие установку колпачка 14 и удерживание картриджа 30 в положениях разделения и смешивания компонентов, как это будет описано ниже более подробно.
Колпачок 14 прикрепляется к горловине 22 корпуса 12 емкости 10. Колпачок 14 содержит верхнюю стенку 23, как показано на фигуре 6, от периферийного края которой отходит вниз юбка 24. Отходящее вверх цилиндрическое выпускное горлышко 46 формирует отверстие, проходящее через верхнюю стенку 23. Для закрытия выпускного горлышка 46 используется крышка 26 колпачка 14, имеющая, в целом, куполообразную форму. В рассматриваемом варианте крышка 26 шарнирно соединена с колпачком 24 с помощью шарнира 21, как это показано на фигуре 6.
В одном из вариантов крышка 26 может защелкиваться на колпачке 14. В этом варианте в юбке 24 может быть сформирована углубленная часть 25, расположенная рядом с крышкой 26, когда крышка находится в закрытом положении. Углубленная часть 25 может затем обеспечивать доступ к кромке 27 крышки 26, так чтобы пользователь мог нажать вверх на кромку 27 для открытия крышки 26. Внутри отверстия 48 выпускного горлышка 46 расположен створчатый клапан 50. Створчатый клапан 50 содержит гибкую мембрану или пластину 52 с прорезями, предпочтительно с двумя пересекающимися прорезями, формирующими четыре, в целом, треугольные створки, как это показано на фигуре 10. При таком устройстве, когда емкость 10 сдавливают, например, путем нажатия на противолежащие части боковой стенки 16, жидкий концентрат 94 напитка выталкивается к мембране 52, створки которой отходят наружу, обеспечивая прохождение через них потока жидкого концентрата 94 напитка в форме струи 98.
Струя 98 жидкого концентрата напитка ударяет с силой, определяемой скоростью и массовым расходом струи, в заданную жидкость 101 в заданном сосуде 105 для создания турбулентности в заданной жидкости 101 и получения конечного продукта 103, перемешанного практически однородно, без использования каких-либо дополнительных приспособлений или встряхивания.
Крышка 26 может также содержать закупоривающую часть 54, отходящую от внутренней поверхности крышки 26. В предпочтительном варианте закупоривающая часть 54 имеет такие размеры и форму, чтобы она плотно входила в выпускное горлышко 46, как это показано на фигурах 2 и 3, для обеспечения дополнительной защиты от случайного выпуска жидкого концентрата 94 напитка или от другой утечки. Закупоривающая часть 54 может быть полым цилиндрическим выступом, показанным на фигуре 6. Внутри закупоривающей части 54 может быть расположена внутренняя пробка 56, которая может соприкасаться с мембраной 52 створчатого клапана 50, расположенной в отверстии 48 выпускного горлышка 46. Более конкретно внутренняя пробка 56 может ограничивать перемещение створок створчатого клапана 50 из вогнутого положения, в котором створки закрыты, в выпуклое положение, в котором створки, по меньшей мере, частично открыты для выпуска жидкого концентрата напитка. Закупоривающая часть 54 может иметь такую форму и такие размеры, чтобы при закрытии ею выпускного горлышка 46 пользователь слышал и/или ощущал рукой один, два или более щелчков. Например, скольжение задней части закупоривающей части 54 по задней части выпускного горлышка 46 (ближе к шарниру) может вызывать слышимый или ощутимый щелчок, когда крышка 26 перемещается в направлении закрытого положения. Дальнейшее перемещение крышки 26 в направлении ее закрытого положения может вызывать второй слышимый и ощутимый щелчок, по мере того передняя часть крышки скользит по передней части выпускного горлышка 46 (с противоположной стороны от шарнира). В предпочтительном варианте второй слышимый и тактильно ощутимый щелчок происходит сразу же после полного закрытия крышки 26. Таким образом, могут обеспечиваться звуковые и/или тактильные сигналы, указывающие пользователю на закрытие крышки 26. Картридж 30 устроен таким образом, чтобы он содержал второй компонент 92 напитка, когда картридж находится в положении разделения компонентов. Когда картридж 30 находится в таком положении смешивания компонентов, второй компонент 92 напитка может выходить из картриджа 30 через одно или несколько выпускных окон 36 в корпус 12 емкости 10 и смешиваться с первым компонентом 90 напитка для формирования концентрата 94 напитка.
Картридж 30 имеет нижнюю стенку 34 и боковую стенку 32, проходящую вверх от нижней стенки к открытому верхнему концу 44, как показано на фигурах 7-9. Верхняя часть боковой стенки 32, противолежащая нижней стенке, имеет одно или несколько выпускных окон 36. В рассматриваемом варианте картридж 30 имеет, в целом, цилиндрическую форму, однако могут использоваться и другие подходящие формы. По периферии боковой стенки 32 ниже отверстий 36, то есть между выпускными окнами 36 и нижней стенкой 34 картриджа 30 расположено кольцо 40, отходящее наружу от боковой стенки 32. Когда емкость 10 собрана, кольцо 40 прижимается к внутренней поверхности 22 горловины 22 корпуса 12 емкости 10 для ограничения или более предпочтительно для перекрытия или, по меньшей мере, существенного перекрытия потока текучей среды, когда картридж 30 находится в положении разделения компонентов, как показано на фигурах 2 и 4. Однако при перемещении картриджа 30 вперед в направлении к нижней стенке 18 корпуса 12 кольцо 40 достигает положения (положения смешивания), в котором оно уже не будет прижиматься к внутренней поверхности горловины 22, в результате чего поток текучей среды сможет свободно проходить из картриджа во внутреннее пространство корпуса 12.
В положении смешивания компонентов проход для текучей среды для введения содержимого картриджа 30 во внутреннее пространство корпуса 12 тянется от внутреннего пространства 30 картриджа через выпускные окна 36, по меньшей мере, до внутреннего пространства между верхней частью картриджа 30 и прилегающей внутренней поверхностью горловины 22 корпуса 12 и далее из пространства позади кольца 40 во внутреннее пространство корпуса 12. Этот проход из картриджа 30 во внутреннее пространство корпуса 12 закрыт в положении разделения компонентов. Текучая среда, подаваемая из внутреннего пространства корпуса 12 емкости 10 и далее через выпускное горлышко 46 колпачка 14, проходит мимо кольца 40 картриджа, между, по меньшей мере, некоторой частью пространства между верхней частью картриджа 30 и прилегающей внутренней поверхностью горловины 22 корпуса 12 в выпускные окна 36 картриджа 30 и затем выходит из картриджа 30 через открытую верхнюю часть 44. По периметру боковой стенки 32 картриджа 30 проходит наклонная поверхность 38, находящаяся с другой стороны выпускных окон 36 от кольца 40. Наклонная поверхность 38 выполнена таким образом, чтобы она взаимодействовала фрикционно с внутренней поверхностью горловины 22 корпуса 12, имеющей меньший диаметр, в положении смешивания компонентов для ограничения дальнейшего перемещения картриджа 30 во внутреннее пространство корпуса 12, как это показано на фигуре 5. Однако когда картридж 30 находится в положении разделения компонентов, как показано на фигуре 4, на большем удалении от нижней стенки 18 корпуса, чем в положении смешивания компонентов, наклонная поверхность 38 находится рядом с внутренней поверхностью горловины 22 корпуса 12, имеющей сравнительно больший диаметр. В этом положении вышеупомянутое кольцо 40 картриджа 30 взаимодействует фрикционно с внутренней поверхностью горловины 22 для ограничения перемещения картриджа 30 во внутреннее пространство корпуса 12.
Горловина 22 корпуса 12 емкости 10 содержит конструктивный элемент для установки колпачка 14 в положения, соответствующие вышеуказанным положениям картриджа 30 разделения и смешивания компонентов. В первом, исходном, положении колпачка 14, соответствующем положению разделения компонентов картриджа 30, колпачок 14 удерживается на некотором расстоянии от заплечика 20 на верхней части корпуса 12 емкости 10 за счет взаимодействия между колпачком 14 и горловиной 22, как показано на фигуре 11. В этом положении колпачка 14 картридж 30 находится в положении разделения компонентов. Затем колпачок 14 может быть передвинут во второе положение в направлении заплечика 20 корпуса 12 емкости 10, как показано на фигуре 12. Перемещение колпачка 14 из его первого положения во второе положение приводит к тому, что картридж 30 перемещается из положения разделения компонентов в положение смешивания компонентов, как это будет описано ниже более подробно. Колпачок 14 удерживается во втором положении за счет взаимодействия между колпачком 14 и горловиной 22, как показано на фигуре 12. Однако если отвести колпачок 14 назад, в его первое положение, картридж 30 не будет перемещаться вместе с колпачком, а останется в положении смешивания компонентов.
Колпачок 14 имеет внешний, в целом цилиндрический, выступ 28, отходящий от верхней стенки 23 и имеющий такую конфигурацию, чтобы он входил в зацепление с внешней поверхностью горловины 22. Внешняя поверхность горловины 22 имеет возле ее верхнего открытого конца верхнюю кольцевую наклонную поверхность 66, отходящую вниз, как это показано на фигурах 2-6. Ниже верхней наклонной поверхности 66 находится верхняя кольцевая канавка 64, ниже которой находится отходящая вниз промежуточная наклонная поверхность 74, к которой примыкает нижняя наклонная поверхность 76, заканчивающаяся нижним кольцевым углублением 78. Промежуточная наклонная поверхность 74 имеет меньшую длину и наклонена под большим углом по сравнению с нижней наклонной поверхностью 76. Дальняя часть внешнего выступа 28 колпачка 14 имеет кольцевую, отходящую внутрь, наклонную поверхность 64 с кольцевым уступом 62, расположенным выше наклонной поверхности 64. Колпачок 14 имеет также внутренний, в целом цилиндрический, выступ 60, отходящий вниз от верхней стенки 23. Внутренний выступ 60 расположен внутри внешнего выступа 28 и проходит вниз на меньшее расстояние от нижней стенки 23 колпачка 14. Расстояние между внутренним 60 и внешним 28 выступами выбирают таким образом, чтобы отходящая вверх, в целом цилиндрическая, горловина 22 корпуса 12 емкости 10 входила между ними с возможностью перемещения относительно них в продольном направлении. Внутренний выступ 60 предназначен для принудительного перемещения картриджа 30 из положения разделения компонентов в положение смешивания компонентов. Это осуществляется за счет того, что дальний конец внутреннего выступа 60 опирается на верхнюю часть картриджа 30, в частности на верхнюю часть кольца 40, когда колпачок 14 перемещают из первого положения во второе положение. В результате перемещения колпачка 14 из его первого положения во второе положение дальний конец внутреннего выступа будет упираться в верхнюю часть картриджа 30 и толкать его вниз в положение смешивания компонентов. Дальнейшее перемещение колпачка 14 и соответственно картриджа 30 ограничивается после того как верхняя часть горловины 22 упрется в часть нижней стенки 23 колпачка 14, расположенную между внутренним 60 и внешним 28 выступами.
Наклонная поверхность 64 и кольцевой уступ на внешнем выступе 28 колпачка 14 взаимодействуют с внешней поверхностью горловины 22 для удерживания колпачка 14 в его первом или во втором положении относительно корпуса 12 емкости 10. Используемый термин "удерживание" не означает, что колпачок нельзя вывести из положения, в котором он удерживается; просто для этого потребуется приложить некоторое усилие. Для прикрепления колпачка 14 к горловине 22 наклонная поверхность 64 колпачка скользит по верхней наклонной поверхности горловины 22, в результате чего горловина 22 и/или внешний выступ 28 колпачка 14 упруго отходят друг от друга, пока края соответствующего уступа 62 колпачка и верхнего уступа 64 горловины не сформируют фиксирующее соединение, препятствующее обратному перемещению колпачка, как это показано на фигурах 2 и 4.
В первом положении, показанном на фигурах 2 и 4, наклонная поверхность 64 внешнего выступа 28 колпачка заходит за верхний уступ 64 горловины 22 корпуса 12 емкости 10. Колпачок 14 в этом первом положении удерживается от его снятия за счет взаимодействия между отходящим, в целом, в радиальном направлении краем нижней части уступа 62 колпачка и отходящим, в целом, в радиальном направлении краем верхней части верхнего уступа 68 горловины 22 корпуса 12 емкости 10. Колпачок 14 также удерживается в этом первом положении от перемещения вперед во второе положение, то есть в направлении заплечика 20 корпуса 12 емкости 10, за счет взаимодействия отклоняющейся вниз промежуточной наклонной поверхности 74 горловины 22 и отклоняющейся вниз наклонной поверхности 64 колпачка. Любая из вышеуказанных наклонных поверхностей и любой из выступов могут быть непрерывными или могут иметь разрывы, за исключением конструктивных элементов картриджа 30, которые формируют уплотнение в положении разделения компонентов. Как уже указывалось, колпачок 14 нажимают для перемещения в направлении заплечика 20 корпуса 12, в результате чего он переходит из первого положения во второе положение. В результате внешний выступ 28 колпачка 14 и/или горловина 22 упруго отходят друг от друга, по мере того как наклонная поверхность 64 колпачка скользит по наклонным поверхностям 74 и 76 горловины 22, диаметр которых увеличивается, пока край уступа 62 не сможет защелкнуться в нижнем углублении 78 горловины 22, как это показано на фигурах 3 и 5. Теперь, когда колпачок 14 находится во втором положении, он удерживается от возвращения назад в первое положение за счет взаимодействия между краем уступа 62 колпачка и отходящим, в целом, в радиальном направлении края, формирующего верхнюю границу нижнего углубления 78 горловины 22. Как уже указывалось, на начальной стадии перемещения колпачка 14 из первого положения во второе положение внутренний выступ 60 колпачка будет толкать картридж 30 для его перемещения из положения разделения компонентов в положение смешивания компонентов, в котором текучая среда, находящаяся внутри картриджа 30, может вытекать во внутреннее пространство корпуса 12 емкости 10.
Чтобы смешать содержимое 92 картриджа 30 с содержимым 90, находящимся во внутреннем пространстве корпуса 12 емкости 10, колпачок 14 перемещают из его первого положения, показанного на фигуре 11, во второе положение, показанное на фигуре 12. В результате картридж 30 будет перемещен из положения разделения компонентов, в котором проход для выхода текучей среды из картриджа 30 в корпус 12 закрыт, в положение смешивания компонентов, в котором проход для выхода текучей среды открыт. Затем емкость 10 можно перевернуть, так чтобы содержимое 92 картриджа 30 могло выходить из выпускных окон 36 во внутреннее пространство корпуса 12 для смешивания с его содержимым 90, как это показано на фигуре 13. Затем емкость 10 будет готова для дозированной выдачи концентрата 94 напитка, как это показано на фигуре 14, после ее переворачивания, когда поток концентрата будет выходить через выпускные окна 36 картриджа 30, через открытый верхний конец картриджа 30 и далее через клапан 50 выпускного горлышка 46 колпачка 14. При этом содержимое 90 емкости 10 при дозированной выдаче проходит через картридж 30, что также способствует перемешиванию с содержимым 92 картриджа 30. Затем формирующаяся струя 98 может быть направлена в заданную жидкость 101, находящуюся в заданном сосуде 105, для создания турбулентности в заданной жидкости 101 и получения, в целом, однородного конечного продукта 103, как это показано на фигуре 15, без использования каких-либо дополнительных приспособлений или встряхивания.
Для дополнительного удерживания колпачка 14 от перемещения из первого положения во второе положение может обеспечиваться дополнительный конструктивный элемент. Другой вариант емкости 100, представленный на фигуре 16, аналогичен вышеописанной емкости 10 и отличается от нее только дополнительной съемной лентой 102. Как показано на фигуре 16, емкость 100 содержит колпачок 114 и корпус 112. В то время как корпус 112 аналогичен вышеописанному корпусу 12, колпачок 114 в отличие от колпачка 14 содержит съемную ленту 102, прикрепленную к его нижней части по его периферии, в целом, вокруг внешней юбки колпачка. Лента 102 прикреплена своим верхним краем 104 к внешней юбке колпачка 114 по ослабленной зоне, такой как зона уменьшенной толщины. Противолежащий нижний край 110 ленты расположен таким образом, что лента прилегает к заплечику 112 емкости 110, действуя как физическое препятствие для перемещения колпачка 114 из первого положения во второе положение. В предпочтительном варианте ширина съемной ленты 102 превышает расстояние между верхним 64 и нижним 78 углублениями на горловине, так что лента 102 препятствует перемещению колпачка 114 из первого положения во второе положение. Между концами ленты 102 может быть зазор 108, и один конец ленты 102 снабжен выступающими ребрами для обеспечения поверхностей захвата, чтобы можно было начать удаление ленты 102. После удаления ленты 102 можно нажимать на колпачок 114 для его перемещения в направлении заплечика корпуса 112 емкости 110, как это уже было описано. Вместе с этой лентой 102 или без нее может использоваться термоусадочная пленка, заходящая в зазор между колпачком 14 или 114 и корпусом 12 или 112, в качестве препятствия и/или индикатора нажатия на колпачок 14 или 114.
Емкости, раскрытые в настоящем описании, могут иметь упругие боковые стенки, которые можно сдавливать для дозированной выдачи жидкого концентрата или другого содержимого из емкости. Под упругостью понимается свойство стенок полностью или, по меньшей мере, в целом, возвращаться к первоначальной форме, когда сдавливание прекращается. Емкости могут быть снабжены конструктивными элементами-ограничителями смещения боковой стенки, то есть степени сдавливания боковых стенок. Это может способствовать равномерности выпуска содержимого из емкости. Например, в качестве такого ограничителя может действовать картридж, когда противолежащие части боковой стенки прижимаются к нему, в особенности если картридж изготовлен из менее эластичного или более жесткого материала по сравнению с материалом корпуса емкости. Глубина и/или поперечное сечение картриджа может варьироваться для обеспечения нужной степени ограничения. В качестве таких ограничителей могут использоваться и другие выступы на одной или на обеих боковых стенках (такие, как противолежащие углубления или выступы).
Ниже приводятся результаты испытаний емкости 10 без картриджа 30, раскрытые в заявке US №61/374,178, поданной 16 августа, 2010 г., полное содержание которой вводится здесь ссылкой. Следует считать, что введение картриджа не повлияет существенно на эти результаты.
ПРИМЕРЫ
Проводились испытания емкостей с различными форсунками, используемыми в качестве выпускного отверстия в емкости, изготовленной из полиэтилена высокой плотности и этиленвинилового спирта и вмещающей примерно 60 см3 жидкости. В нижеприведенной таблице 1 указаны испытываемые форсунки и их сокращенные обозначения:
Форсунки SLA, прямая кромка, имеют переднюю пластину со сквозным круговым отверстием, имеющим прямые кромки; способ изготовления - стереолитография. Число после идентификатора отверстия указывает его примерный диаметр. Обозначение LMS относится к силиконовому клапану с форсункой, имеющей крестообразную прорезь, производства компании Liquid Molding Systems, Inc. (LMS), г.Мидленд, штат Мичиган. Створки крестообразной форсунки гибко отгибаются для пропускания продукта из емкости и, по меньшей мере, частично возвращаются в первоначальное положение для предотвращения нежелательного вытекания жидкости через клапан. При этом предотвращается просачивание жидкости из емкости, что, как это уже указывалось, важно для жидких концентратов. Число после идентификатора указывает длину каждого сегмента крестообразной прорези.
Важной особенностью форсунки является ее способность перемешивания выталкиваемого жидкого концентрата с заданной жидкостью, обычно водой, с использованием только силы, создаваемой струей жидкого концентрата, ударяющей в воду. Для оценки степени перемешивания двух жидкостей может использоваться уровень кислотности (рН). Например, жидкий концентрат, наливаемый из чашки, оставляет отчетливые темные и светлые полосы. Однако струя жидкого концентрата может доставать до дна заданного сосуда и затем завихряться назад к поверхности заданной жидкости, в результате чего разница цветов полос существенно снижается. Для определения состава смеси уровень рН может измеряться в режиме реального времени. Испытания включали выпуск 4 см3 жидкого концентрата в 500 мл деионизированной воды при комнатной температуре 25°С. Жидкий концентрат наливали из небольшой чашки, а струю получали с помощью шприца объемом 6 см3 с выходным отверстием примерно 0,050 дюйма. Перемешивание осуществляли с помощью смесителя Magnastir до получения однородной смеси (см.табл.2):
Через 40 секунд после вливания концентрата из чашки уровень рН составил 3,28 внизу и 4,25 вверху в первой попытке и 3,10 внизу и 4,70 внизу во второй попытке. Испытания для струи проводились в условиях низкой, средней и высокой скорости подачи. Через 40 секунд уровень рН составил 3,07 внизу и 3,17 вверху при малой скорости, 3,06 внизу и 3,17 вверху при средней скорости и 2,71 внизу и 2,70 вверху при высокой скорости. Вышеуказанные результаты показывают эффективность использования струи жидкого концентрата для его перемешивания с заданной жидкостью. Поэтому для получения смеси с разницей уровней рН в верхней и нижней частях сосуда примерно 0,3 может эффективно использоваться струя жидкого концентрата. В действительности этот результат был получен уже через 10 секунд после начала подачи струи. Проводились испытания каждой из вышеуказанных форсунок для определения показателя способности смешивания. Показатель способности смешивания - это величина, оцениваемая визуально по шкале 1-4, где 1 - отлично, 2 - хорошо, 3 -удовлетворительно, 4 - плохо. Оценка "плохо" соответствует ситуации, когда слои жидкости не перемешаны, то есть слой воды находится на слое жидкого концентрата (форсунка не оказывает действия). Оценка "удовлетворительно" соответствует ситуации с невысокой степенью смешивания жидкого концентрата с водой, причем четко различаются слои жидкого концентрата и воды (форсунка по какой-то причине действует плохо). Оценка "хорошо" соответствует ситуации, когда более чем в половине сосуда произошло нужное перемешивание, и в то же время имеются небольшие слои воды и жидкого концентрата с каждой стороны перемешанной жидкости. Оценка "отлично" соответствует ситуации, когда произошло требуемое эффективное перемешивание без заметного разделения слоев жидкого концентрата и воды.
В испытаниях выпускали 4 см3 жидкого концентрата, который представлял собой раствор 125 г лимонной кислоты в 500 г воды, с 5% SN949603 (ароматизатор) и 1,09 г/см3красителя Blue #2, в стеклянный сосуд объемом 250 мл, содержащий 240 мл воды. Вязкость жидкого концентрата составляла примерно 4 сП. В таблице 3 представлены результаты испытаний на смешивание (показатель способности смешивания для каждой форсунки).
На фигуре 17 представлены результаты перемешивания жидкого концентрата и воды для каждой испытываемой форсунки. На изображениях стакана с жидкостью добавлены пунктирные линии для указания примерных границ между четко различимыми слоями. Вышеприведенная таблица 3 и изображения на фигуре 17 показывают, что отверстие с прямыми кромками диаметром 0,025 дюйма, крестообразный разрез размером 0,070 дюйма и крестообразный разрез размером 0,100 дюйма обеспечивают получение перемешанных жидкостей с отличным показателем способности смешивания (однородная смесь в стакане с практически ровным цветом по всему объему). Отверстие с прямыми кромками диаметром 0,020 дюйма, крестообразный разрез размером 0,145 дюйма и крестообразный разрез размером 0,200 дюйма обеспечивают получение перемешанных жидкостей с хорошим показателем способности смешивания (после подачи 4 см3 жидкого концентрата видны небольшие слои воды и жидкого концентрата). Отверстие с прямыми кромками диаметром 0,015 дюйма обеспечило перемешанную жидкость, показатель способности смешивания которой можно было бы оценить как "хорошо", однако в этом случае была поставлена оценка "удовлетворительно" из-за большого времени подачи 4 см жидкого концентрата, что следует рассматривать как недопустимое неудобство для потенциального пользователя.
Как это уже указывалось, другой важной характеристикой форсунки, используемой для дозированной подачи жидкого концентрата, является степень разбрызгивания или расплескивания происходящего, когда струя жидкого концентрата падает в сосуд с жидкостью. Концентрированные красители жидкого концентрата могут пачкать окружающие поверхности, а также одежду и кожу пользователя. В связи с этим каждая форсунка испытывалась для определения показателя ударного разбрызгивания. Испытания для определения показателя ударного разбрызгивания проводились с использованием стакана объемом 400 мл, заполненного водой, подкрашенной синим красителем, до уровня 1 дюйм от края стакана. Затем с помощью резиновой ленты на стакане закрепляли круглый фильтр для кофе, так чтобы плоская поверхность фильтра находилась выше края стакана примерно на 1 дюйм. Поскольку верхняя поверхность фильтра находилась на 1 дюйм выше края стакана, то фильтр имеет боковую стенку, на которой оставались следы жидкости, расплескивающейся по сторонам, что нежелательно из-за возможности возникновения грязных пятен. В фильтре для кофе был сделан вырез, заходящий немного на верхнюю поверхность, для подачи в сосуд жидкого концентрата. Затем выше края стакана удерживали бутылочку с прикрепленными к ней форсунками, и пять раз подавали из нее жидкость по центру стакана. После этого фильтр снимали и определяли по нему показатель ударного разбрызгивания для каждой форсунки. Показатель ударного разбрызгивания - это величина, оцениваемая визуально по шкале 1-4, где 1 - отлично, 2 - хорошо, 3 - удовлетворительно, 4 - плохо. Оценка "отлично" соответствует ситуации, когда в центральной зоне фильтра, расположенного над стаканом, нет брызг, или имеются мелкие брызги, и за пределами центральной зоны (периферийная зона) количество брызг минимально или их нет вообще. Оценка "хорошо" соответствует ситуации, когда есть брызги в центральной зоне, и мелкие брызги в периферийной зоне. Оценка "удовлетворительно" соответствует ситуации, когда есть брызги в центральной зоне и брызги среднего размера в периферийной зоне. Оценка "плохо" соответствует ситуации, когда есть брызги в центральной зоне и большие брызги в периферийной зоне.
На фигурах 18-24 и в вышеприведенной таблице 4 представлены результаты определения показателя ударного разбрызгивания для каждой испытываемой форсунки. Форсунки диаметром 0,015 и 0,020 дюйма с прямыми кромками отверстий, а также форсунка с крестообразным разрезом размером 0,070 дюйма получили оценку "отлично" для показателя ударного разбрызгивания, поскольку разбрызгивание, создаваемое струей жидкости, не приводило к появлению значительных отметок брызг на фильтре для кофе, как это показано на фигурах 18, 19 и 21 соответственно. Форсунка диаметром 0,025 дюйма с прямыми кромками отверстия вызывала небольшие отметки брызг на боковой стенке фильтра для кофе, как это показано на фигуре 20, поэтому ей была выставлена оценка "2" показателя ударного разбрызгивания. Форсунки с крестообразным разрезом размерами 0,100 и 0,145 дюйма вызывали большие отметки брызг на боковой стенке фильтра, как показано на фигурах 22 и 23, и соответственно получили оценку "3" показателя ударного разбрызгивания. Наконец, форсунка с крестообразным разрезом размером 0,200 дюйма вызывала значительные отметки брызг на боковой стенке фильтра, что указывало на выплескивание большого количества жидкости из стакана. В связи с этим форсунка с крестообразным разрезом размером 0,200 дюйма получила оценку "4" показателя ударного разбрызгивания.
На фигуре 25 представлены показатели способности смешивания и ударного разбрызгивания, полученные в испытаниях для каждой форсунки. Эти результаты испытаний можно объединить, например сложить, для формирования показателя рабочей характеристики выдачи жидкого концентрата для каждой форсунки. В результате испытаний было получено, что форсунка с крестообразным разрезом размером 0,070 дюйма обеспечивает показатель рабочей характеристики концентрата, равный 2, поскольку она обеспечивает отличное перемешивание концентрата с жидкостью, а также ее работа характеризуется минимальным разбрызгиванием. Для форсунок диаметром 0,020 и 0,025 дюйма с прямыми кромками отверстий были получены оценки "3", то есть они обеспечивают получение достаточно хорошего конечного продукта. Форсунка диаметром 0,015 дюйма с прямыми кромками отверстия и форсунка с крестообразным разрезом размером 0,100 дюйма получили оценку "4", а форсунки с крестообразным разрезом размерами 0,145 и 0,200 дюйма получили оценки "5" и "6" соответственно. Принимая во внимание полученные результаты, можно сказать, что показатель рабочей характеристики выдачи жидкого концентрата для форсунки, используемой с емкостью, раскрытой в настоящей заявке, должен быть в диапазоне 1-4, чтобы можно было получить хороший продукт, и предпочтительно в диапазоне 2-3.
Затем для каждой форсунки вычислялась средняя скорость струи для слабого и сильного надавливания. Слабое надавливание может создавать давление примерно 1,4 psi, сильное надавливание может создавать давление примерно 3,6 psi. Для каждой форсунки на высоте 7 дюймов от поверхности была установлена горизонтально бутылочка с водой. Затем прикладывали заданную силу и измеряли расстояние до центра полученной отметки воды в пределах 0,25 фута. Сопротивление воздуха при этом не учитывалось. Указанные действия выполнялись три раза для каждой форсунки с использованием обеих сил надавливания. Средние величины приведены в таблице 5.
Затем проводились испытания для каждой форсунки для определения количества жидкости (г/сек), проходящей через форсунку, как для слабого, так и для сильного надавливания. Воздействие осуществляли в течение 3 секунд и после этого взвешивали выпущенную жидкость. Для определения расхода (г/с) полученную величину надо было разделить на три. Полученные результаты представлены в таблице 6.
График, приведенный на фигуре 26, демонстрирует разницу массового расхода для слабого и сильного надавливаний для каждой форсунки. Желательной является сравнительно небольшая разница для массового расхода жидкого концентрата, поскольку это означает, что пользователь будет выдавливать практически одинаковое количество концентрата, даже если будут использоваться различающиеся усилия надавливания. В этом случае обеспечивается подача практически одинакового количества смеси, которое в отношении приготавливаемого напитка непосредственно влияет на его вкус, для одинакового времени выдавливания с разными усилиями. Как можно видеть на фигуре 26, форсунки с крестообразным разрезом размерами 0,100, 0,145 и 0,200 дюйма обеспечивают гораздо более высокий расход концентрата, а также имеют более высокое различие для слабого и сильного надавливаний, то есть в этих случаях поддержание постоянного усилия надавливания является более важным при выдаче концентрата для получения однородных смесей.
Затем массовый расход для каждой форсунки может использоваться для расчета времени, которое необходимо для выдачи 1 см3 жидкости. Испытания проводились с водой, для которой 1 г эквивалентен 1 см3. Соответственно разделив 1 на вышеприведенные массовые расходы, можно получить время, необходимое для выдачи через каждую форсунку 1 см3 жидкости. Эти величины приведены в таблице 7.
Испытания на удобство пользования показали, что приемлемый диапазон времени выдачи дозы жидкого концентрата составляет 0,3-3,0 сек, что включает времена выдачи, при которых пользователь может контролировать процесс выдавливания жидкого концентрата или которые он мог бы допускать для получения обоснованно заданного количества жидкого концентрата. Диапазон от примерно 0,5 сек/см3 до примерно 0,8 сек/см3 обеспечивает достаточное время с точки зрения реакции пользователя для стандартной дозы примерно 2 см3 на 240 мл или примерно 4 см на стандартную бутылку воды, и в то же время также не будет обременительным для потребителя, поскольку не потребует слишком большого времени для выдачи стандартной дозы. Форсунки диаметром 0,020 и 0,025 дюйма с прямыми кромками отверстий, а также форсунка с крестообразным разрезом размером 0,070 дюйма обеспечивают указанные величины вне зависимости от силы надавливания (слабое или сильное надавливание).
Площади каждого из отверстий приведены в Таблице 8.
Площадь круглых отверстий форсунок SLA определялась по формуле πr2. Площади крестообразных прорезей вычислялись путем умножения вычисленного количества выдаваемого материала на тысячу и деления на вычисленную скорость как для слабого, так и для сильного надавливаний.
Наконец, вычислялась величина импульс·секунда для каждой форсунки с использованием слабого и сильного надавливаний. Эта величина вычисляется умножением расчетного массового расхода на расчетную скорость. Полученные результаты приведены в таблице 9.
Величина импульс·секунда связана со способностью смешивания струи жидкости, выходящей из форсунки, поскольку она зависит от массового расхода и скорости, то есть от количества и скорости жидкости, подаваемой из емкости. Однако испытания показали, что потребитель будет выжимать примерно одинаковое количество жидкого концентрата, даже если будет прикладывать разные усилия надавливания. Таким образом, будет обеспечиваться практически однородная смесь для равных величин времени подачи с разными усилиями надавливания. Как уже было показано, моделирование работы отверстия с клапаном может обеспечить получение более сопоставимых величин импульс·секунда для слабых и сильных надавливаний, и в то же время клапан предотвращает просачивание концентрата.
График, приведенный на фигуре 27, демонстрирует разницу величин импульс·секунда для слабого и сильного надавливаний для каждой форсунки. Для жидкого концентрата желательно иметь сравнительно небольшую величину разброса для величины импульс·секунда, поскольку нулевой разброс соответствует постоянной величине импульс·секунда, не зависящей от усилия надавливания. Изменения величины импульс· секунда, не превышающей примерно 10000 и предпочтительно 8000, будут сравнительно небольшими для слабого и сильного надавливаний, так что струя, выходящая из емкости и падающая в заданную жидкость, будет в этом случае иметь примерно одинаковую энергию, что обеспечивает получение практически одинаковой смеси. Как показано на фигуре 17, все форсунки с круглым отверстием и форсунка с крестообразной прорезью размером 0,070 дюйма дают величину импульс·секунда с таким разбросом, что обеспечивается получение вполне соизмеримых смесей для слабого и сильного надавливаний.
Еще одной важной характеристикой является способность емкости для жидкого концентрата выдавать его дозированно практически линейно в широком диапазоне количеств жидкого концентрата в емкости, когда постоянное давление действует в течение заданного времени. Проводились испытания форсунок для определения веса жидкого концентрата, выталкиваемого под давлением, которое обеспечивает минимальную регулируемую скорость в течение заданного интервала времени, когда емкость заполнена жидким концентратом до низкого, среднего и высокого уровней. Результаты этих испытаний показаны в Таблице 10.
Как уже указывалось, хорошая линейность потока или малое изменение массы по мере опустошения емкости позволяет пользователю использовать один и тот же способ (прикладывать примерно одно и то же давление) в течение примерно одного и того же интервала времени при любой степени заполнения емкости, чтобы выдавить примерно одно и то же количество жидкого концентрата. На фигуре 28 приведен график, иллюстрирующий максимальное изменение между двумя величинами в таблице 10 для каждой форсунки. Как показано на фигуре 28 и в таблице 10, максимальное изменение для всех форсунок с круглым отверстием и с прямыми кромками, а также для форсунок с крестообразным разрезом размерами 0,070 и 0,100 дюйма не превышает 0,15 грамм при изменении уровня заполнения емкости концентратом от высокого до низкого. Однако для форсунок с крестообразным разрезом размерами 0,145 и 0,200 дюйма максимальные изменения составили 0,91 и 1,2 грамм соответственно. Скорее всего это связано с изменчивостью раскрытия отверстия для разных давлений в сочетании с увеличенным количеством жидкости, протекающей через форсунку. Соответственно приемлемая форсунка имеет максимальное изменение линейности потока менее 0,5 грамм при изменении степени заполнения емкости, предпочтительно менее 0,3 грамм и более предпочтительно менее 0,15 грамм.
Чертежи и вышеприведенное описание не должны рассматриваться как единственные формы емкости и способов в отношении конкретных особенностей конструкции. Необходимо понимать, что в зависимости от ситуации могут быть предложены различные изменения формы и соотношения частей, а также замена их эквивалентами.
Реферат
Изобретение относится к емкостям и способам дозированной выдачи концентратов напитков с разделением разных компонентов концентратов напитков до их соединения и дозированной выдачи. Жидкий концентрат напитка формируется из первого компонента напитка, содержащегося в корпусе (12) емкости (10), и второго компонента напитка, содержащегося внутри картриджа (30), расположенного, по меньшей мере, частично внутри корпуса, причем сначала компоненты напитка разделены. Первый и второй компоненты напитка могут быть соединены для формирования жидкого концентрата напитка путем перемещения картриджа внутрь корпуса для открытия прохода (36) для потока между картриджем и корпусом. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 28 ил., 10 табл.
