УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВЕДЕНИЯ ЖИДКОСТИ В НАСЫПНЫЕ ИЛИ СЫПУЧИЕ СУХИЕ МАТЕРИАЛЫ Российский патент 2009 года по МПК A23C1/00 

Изобретение относится к устройству для введения жидкостей в насыпные или сыпучие сухие материалы согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. Из DE 10219683 C1 известно устройство и способ приготовления теста с помощью струи жидкости высокого давления, которая в смесительной камере направлена вниз на внутреннюю стенку корпуса, попадая при этом на сухие компоненты теста и немедленно превращая их консистенцию в тестообразную. В приготовлении теста этот способ, весьма быстро и эффективно включенный в метод приготовления в тестомесильных машинах, или, по меньшей мере, в качестве первого этапа перед окончательной обработкой общепринятого способа, а также он приводит к высокой производительности теста с особыми преимуществами приготовленных из него хлебобулочных изделий.

Правда выяснилось, что приготовление теста может осуществляться только тогда эффективно, бесперебойно и экономично, когда будут предотвращены неравномерности в увлажнении и, в частности, заторы и скопления материала, а также неравномерная и недостаточная подача увлажняемого материала. Так, в описанном выше устройстве оказывается крайне сложной транспортировка материала в горизонтальном направлении. Точно так же к неудовлетворительным результатам приводит попытка подавать увлажняемый материал в вертикальной шахте с прямоугольным поперечным сечением по всей заданной ширине с помощью щелевой фильеры, вследствие сравнительно слабого выпуска жидкости щелевой фильерой. Струя из широкой и, соответственно, тесной форсунки является слабой и обеспечивает малую энергию столкновения.

Задачей изобретения, в соответствии с этим, является создать устройство, которое могло бы надежно и без перебоев с материалами работать для технической загрузки в промышленном диапазоне, но и которое одновременно обеспечивает эффективное увлажнение сухого материала при быстром, а также, соответственно, непрерывно продолжающемся способе работы.

Согласно изобретению, эта задача решается с помощью устройства с отличительными признаками пункта 1 формулы изобретения.

Показано, в частности, при приготовлении кляра, что для получения нужных результатов смешивания является важной равномерная и контролируемая подача на коротком расстоянии сухих материалов, например, муки при необходимости с другими сухими компонентами. К этому добавляется также совместное воздействие напорной струи форсунки с сильным эффектом столкновения, который приводит к завихрению продукта и улучшению его гомогенности, и свободно опускающийся при этих условиях материал сначала напрямую смачивается, а затем отбрасывается к внутренней стенке смесительной камеры, где он снова интенсивно взаимодействует с разбрызгиваемой на стенку струей жидкости и увлажняется.

Для этого необходима струя жидкости с высокой кинетической энергией, которая выходит из форсунки с высокой скоростью выпуска воды, обычно - между 200 км/ч и 500 км/ч. Подобные скорости выпуска достижимы при гидродинамически выгодных, предпочтительно, круглых поперечных сечениях форсунок по причине гидравлического давления в жидкости между 80 и 200 бар на входе в форсунку, и обеспечивают достаточную энергию столкновений при компактной струе. Предусматриваемая при этом форсунка имеет, в общем, диаметр между 0,5 и 3 мм, предпочтительно, 1,8 мм.

Чтобы охватить все количество опускаемого в смесительной камере сухого материала, форсунку выполняют вращающейся с высоким числом оборотов. В случае необходимости, у вращающейся форсунки также может быть предусмотрено несколько выпускных сопел, которые, при их симметричном расположении с выпуском реактивной струи в несколько направлений, могут также предотвращать односторонние нагрузки на подшипниковую опору вращающейся форсунки.

Для работы смесительной камеры необходимо не только хорошее увлажнение через форсунку, но также и бесперебойный поток материала. В этом отношении важно предотвратить обратный подпор в смесительной камере при прохождении материала вниз. Для этого служит угол разбрызгивания форсунки, который, нормальным образом, направлен относительно круто вниз приблизительно под углом от 20° к вертикали, обычно 25°. Этот угол может быть поднят до горизонтали, в смысле более плоского конструктивного исполнения, разумеется при углах разбрызгивания больше 45° должна быть предусмотрена расширяющаяся вниз внутренняя стенка смесительной камеры, так что эффекты отражения от внутренней стенки смесительной камеры также и в таком случае направлены вниз и обеспечивают подачу смешанных материалов.

Вращающаяся форсунка может быть смонтирована на подшипниках с возможностью вращения на неподвижном, проходящем, преимущественно, сверху и, таким образом, из «сухой» области смесительной камеры держателе форсунки, через который тогда также, как правило, происходит подача жидкости. При этом форсунка может приводиться во вращение с помощью протекающей жидкости, причем для этого она имеет винтообразную или подобную турбине форму, во внутреннем проходе воды или сопла форсунки могут располагаться под определенным углом также и в тангенциальном направлении.

Другой вариант осуществления предусматривает, что вращающаяся форсунка является концевой частью вращающегося полого вала, который установлен в подшипниковую опору снаружи смесительной камеры, и приводится, например, посредством электромотора, причем полый вал служит для подачи жидкости.

Эффективное смешивание сухих или высушенных исходных материалов с жидкостью может в одном проходе требовать дальнейшего примешивания сухих или пастообразных масс, которые снаружи через отверстия проводят внутрь смесительной камеры. Такие отверстия являются, предпочтительно, щелевыми отверстиями, чтобы, с одной стороны, добиться равномерной, широкой подачи по периметру и, с другой стороны, предотвратить выход разбрызгиваемой жидкости из смесительной камеры в отверстия. Преимущественно, отверстия расположены вблизи, почти вплотную под областью столкновения вращающихся струй жидкости, чтобы использовать при этом смешивающее воздействие струй жидкости высокой энергии и перемещающихся вследствие этого в смесительную камеру материалов, а также обеспечить транспортировку вниз направляющим воздействием струи жидкости.

Смесительная камера на нижней стороне может иметь дальнейшие конструктивные исполнения, например, содержать сужение посредством втянутой краевой области, чтобы при этом отклонять проходящий материал и побуждать к вращательному или перемешивающему движению и способствовать еще большему эффекту смешивания.

Применение такого устройства для приготовления кляра охватывает широкую хозяйственную и технологическую сферу. Однако применение не ограничивается только этим. Имеется в виду, что устройство в подобной форме может быть применено также для изготовления теста для макаронных изделий или для прочих опар или заквасок. Кроме того, существует множество применений в области продуктов питания, чтобы, например, разводить остаточное тесто, молочный порошок или казеинаты или изготовлять вафельные массы, жидкие смеси для фарширования, супы, соусы или напитки из порошков или картофельное пюре из картофельной муки. Подобным образом можно таким устройством замешивать корма для животных в сельскохозяйственной области. В общем, с помощью такого устройства могут увлажняться гидроколлоиды или изготовляться масляные/водные эмульсии. Смачивание волокон при изготовлении бумаги, увлажнение цемента и, соответственно, наполнителей при изготовлении штукатурки, строительного раствора или бетона представляют собой примеры многочисленных применений в промышленности и технике, в которых речь идет об интенсивном и равномерном взаимопроникновении сухих материалов и добавляемой жидкости. При этом имеется в виду, что сухие материалы могут быть смесями веществ, а также жидкость может представлять собой уже готовую смесь с различными добавками. Именно поэтому является важным то, чтобы применять сопла форсунок, по возможности, с беспроблемным поперечным сечением, которое не склонно к образованию расслоений, обособлений или закупорок.

Примеры осуществления для предмета изобретения представлены на чертежах и далее будут описаны более подробно. На чертежах показано:

Фиг.1 - вертикальный продольный разрез первого варианта осуществления устройства;

Фиг.2 - вертикальный продольный разрез, согласно фиг.1, второго варианта осуществления устройства; и

Фиг.3 - вертикальный продольный разрез, соответствующий фиг.1 и фиг.2, третьего варианта осуществления устройства.

Представленное на фиг.1 устройство 1 для введения жидкостей в насыпные или сыпучие сухие материалы, в частности, для приготовления пекарного теста, состоит, по существу, из цилиндрического корпуса 2 с вертикальной средней осью 3, который охватывает по периметру смесительную камеру 4 внутренней стенкой 5. Корпус 2 является открытым снизу (и сверху). При этом нижняя кольцевая область 6 корпуса 2 слегка конически втянута в выпускное отверстие 7 на нижней стороне. В верхней области корпуса 2 предусмотрено подобное патрубку боковое загрузочное отверстие 8, через которое с помощью подходящего транспортера, например, шнекового транспортера, в направлении стрелки 9 подаются сухие материалы, например мука для приготовления кляра, чтобы затем падать вниз внутрь смесительной камеры 4.

В смесительной камере 4 расположена форсунка 10, которая вращается при работе вокруг оси 3 и выпускает при этом под углом 11 относительно оси 3 сплошную струю 12, направленную к внутренней стенке 5 смесительной камеры. При этом образуется жидкостной конус вращения с углом раствора конуса, равным удвоенному углу 11.

К форсунке 10 сверху через держатель 13 форсунки подводят жидкость в направлении стрелки 14. Держатель форсунки состоит, по существу, из полого вала, который с верхней стороной (не представлена) с возможностью вращения установлен в подшипниковую опору и имеет привод от мотора, причем вал исполняет также функцию трубопровода для жидкости.

В качестве альтернативы, держатель 13 форсунки может быть также выполнен неподвижным, когда на нем с возможностью вращения установлена форсунка 10, и когда форсунка 10 снабжена подобными турбине формами, которые при пропускании жидкости приводят ее во вращение вокруг оси 3.

Подобный конструктивно простой вариант осуществления проявил себя чрезвычайно эффективным для изготовления кляра и других смесей с жидкостями, когда жидкость подводят с высоким давлением от 80 до 200 бар и выпускают через сопло с круглым поперечным сечением. Высокая кинетическая энергия реактивной струи при 200 км/ч до 500 км/ч захватывает падающие вниз сухие материалы и бросает их в области 15 столкновений на внутреннюю стенку 5 смесительной камеры, где происходит интенсивное увлажнение как при столкновении, так и при отражении.

Однако прежде всего посредством высокой энергии реактивной струи 12 добиваются также транспортирующего воздействия вниз, так что устройство не склонно к образованию заторов в потоке материала.

При этом увлажненный жидкостью материал при опускании вниз по стенке подвержен переворачиванию и смещению, что способствует процессу смешивания. Однако, в особенности, слегка втянутая кольцевая область 6 перед выпускным отверстием 7 способствует тому, что материал не просто свободно сползает вниз или выпадает, но и подвергается улучшенному перемешиванию.

Второй вариант осуществления устройства 16, согласно фиг.2, с корпусом 17 относительно выполнения нижней кольцевой области 6, выпускного отверстия 7, загрузочного отверстия 8, форсунки 10 с углом отклонения 11 и реактивной струей 12, а также держателем 13 форсунки, изготовлен в полном соответствии с вариантом согласно фиг.1 и, соответственно, на чертежах предусмотрены одинаковые обозначения. Корпус 17, по сравнению с устройством согласно фиг.1, дополнительно имеет направленный почти радиально к оси 3, подобный патрубку подводящий канал 18 для материала, который внутри кольцеобразной расширенной области 19 корпуса 17 входит в кольцевой канал 20, который внутри закрывается заподлицо с внутренней стенкой 21 смесительной камеры, посредством решетчатого листа 22. Решетчатый лист 22 имеет наклонно проходящие щели 23 в виде отверстий в стенке, сквозь которые пастообразные материалы, как они подаются в кольцевой объем 20, проникают в смесительную камеру 24, обычно соответствующую смесительной камере 4. При этом они попадают в область смесительной камеры 24 непосредственно под областью 15 столкновений струи 12 жидкости, а именно, прямо примыкая к ней, и примешиваются там - частично от перемешивания в области столкновений, частично от захвата и внедрения в проходящий вниз смешанный материал. Альтернативно щели 23 могли бы находиться непосредственно над областью 15 столкновений или в области 15 столкновений, когда достигается более сильное воздействие струи 12 жидкости также на пастообразные массы.

Такое примешивание другого, в частности, пастообразного материала имеет большой интерес на практике, когда, например, при изготовлении пекарного теста смешиваются непереработанные остатки теста или другие пастообразные массы. Эффективное транспортирующее воздействие с достаточным давлением транспортировки, которое обеспечивает прохождение через отверстия решетчатого листа 22, может быть, например, произведено шнековым транспортером.

Третий вариант осуществления устройства, обозначенный позицией 25 на фиг.3, выполнен также, по существу, вращательно-симметричным относительно вертикальной оси 26, однако, - более коротким в вертикальном направлении, и поэтому, в целом, - более компактным. Форсунка 27, расположенная здесь также соосно вдоль оси 26, отвесно направляет вращающуюся струю 28, здесь уже поперечно оси - в горизонтальном направлении - на внутреннюю стенку 29 смесительной камеры, которая в области 30 столкновений имеет форму расширяющегося вниз усеченного конуса. При этом обеспечено, что посредством реактивной струи и ее столкновения с внутренней стенкой 29 смесительной камеры возникают направленные вниз эффекты отражения и стекания и, таким образом, здесь также достигают хорошего транспортирующего воздействия, подобно устройствам, согласно фиг.1 и 2. Конусообразная форма области 30 столкновений образована посредством решетчатого листа 31 с узкими, наклонными щелями 32, которые, преимущественно, поперечно расположены относительно направления потока материала и струи форсунки, и поэтому предотвращают выпуск смеси наружу. Эти щели расположены, по меньшей мере, по существу, ниже области 30 столкновений струи форсунки и позволяют введение, в частности, пастообразных масс через радиальный подающий канал 33 и кольцевую камеру 34, как оно уже было описано для варианта осуществления, согласно фиг.2. Этот вариант осуществления также втянут в виде слабого конуса снизу в кольцевой области 35 вокруг выпускного отверстия 36, чтобы улучшить эффекты смешивания.

Изобретение относится к устройству для введения жидкости в насыпные или сыпучие сухие материалы, в частности, для приготовления кляра. Устройство содержит, предпочтительно, вертикально ориентированную смесительную камеру. В камере установлена с возможностью вращения вокруг оси одно- или многоструйная форсунка. Форсунка расположена соосно с образованной вращательно-симметрично относительно этой оси области открытой вниз смесительной камеры. Поданные сверху и опускающиеся вниз сухие материалы увлажняются из форсунки жидкостью в форме напорной струи, имеющей высокую скорость, со столкновением с внутренней стенкой смесительной камеры и опускаются к расположенному ниже выпускному отверстию. Изобретение позволяет повысить эффективность увлажнения сухого материала при быстром и непрерывно продолжающемся процессе работы. 16 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для введения жидкостей в насыпные или сыпучие сухие материалы, в частности, для приготовления кляра, в котором в предрасположенной к спуску, предпочтительно, вертикально ориентированной смесительной камере (4, 24) поданные сверху и опускающиеся вниз сухие материалы увлажняются из форсунки (10, 27) жидкостью в форме напорной струи, имеющей высокую скорость со столкновением с внутренней стенкой (5, 21, 29) смесительной камеры и опускаются к расположенному ниже выпускному отверстию (7, 36), отличающееся тем, что форсунка (10, 27) выполнена виде вращающейся вокруг оси (3, 26) одно- или многоструйной форсунки и расположена соосно с образованной вращательно-симметрично относительно оси (3, 26) области открытой вниз смесительной камеры (4, 24).2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вращающаяся форсунка (10, 27) образует расширяющийся книзу конус вращения.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что конус вращения расширяется с углом раствора конуса не больше 45° и направлен на почти цилиндрически проходящую область (15) столкновений смесительной камеры (4).4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вращающаяся форсунка (27) образует конус вращения с углом раствора конуса больше 45° и направлена на расширяющуюся к низу область (30) столкновений смесительной камеры.5. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что вращающаяся форсунка (10, 27) с возможностью вращения установлена в подшипниковой опоре на неподвижном держателе (13) форсунки.6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что форсунка (10, 27) приводится во вращение с помощью протекающей жидкости.7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что вращающаяся форсунка выполнена с несколькими соплами для выдачи нескольких реактивных струй.8. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что вращающаяся форсунка является концевой частью вращающегося полого вала, который служит в качестве трубопровода для жидкости.9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что полый вал приводится в действие мотором.10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что вращающаяся форсунка выполнена с несколькими соплами для выдачи нескольких реактивных струй.11. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что смесительная камера имеет вблизи области (15, 30) столкновений жидкости с внутренней стенкой (5, 29) смесительной камеры отверстия (23, 32) в стенке для подачи пастообразных масс.12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что отверстия (23, 32) в стенке примыкают к области (15, 30) столкновений.13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что отверстия в стенке образованы в форме, преимущественно, горизонтально направленных щелей (23, 32).14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что отверстия (23, 32) в стенке распределены по периметру внутренней стенки (5, 21, 29) смесительной камеры и связаны через кольцевой подводящий канал (20, 34) на внешней стороне.15. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что смесительная камера (4, 24) уменьшена в поперечном сечении к выходному отверстию (7, 36) на нижней стороне.16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что смесительная камера имеет вблизи области (15, 30) столкновений жидкости с внутренней стенкой (5, 29) смесительной камеры отверстия (23, 32) в стенке для подачи пастообразных масс.17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что отверстия (23, 32) в стенке примыкают к области (15, 30) столкновений.