Способ и устройство для высвобождения газа Российский патент 2020 года по МПК B01F3/04 B01F13/06 C12H1/00 C12G1/00 

Область техники

В настоящем изобретении предлагаются устройство и способ для высвобождения газа в жидкость.

Уровень техники

Для улучшения цвета, вкуса и общего ощущения во рту вино, как правило, выдерживают в течение некоторого периода времени. Выдержка вина традиционно проводилась в дубовых бочках. Дуб естественным образом выделяет в вино небольшие количества кислорода, под действием которого в вине образуются дубильные вещества, улучшающие вкус конечного продукта. По мере развития объемов производства производители вина переходят на большие стальные емкости, что позволяет изготавливать вино в значительно больших количествах. Однако сталь не пропускает кислород, что замедляет процесс созревания вина. Поэтому для создания эффекта проникновения кислорода в вино, как это происходит в дубовых бочках, производители используют специальные системы микрооксигенации. Процесс микрооксигенации не только улучшает цвет, вкус и общие ощущения от вина во рту, но может также ускорять процесс созревания вина, что позволяет изготовить готовое к продаже вино за более короткий промежуток времени, чем без такой обработки и по сравнению с винами, выдерживаемыми в дубовых бочках. Основным недостатком известных систем микрооксигенации являются высокие начальные затраты и сложность таких систем, что делает их недоступными для многих виноделов.

В известных системах микрооксигенации, как правило, используется распыление пузырьков газа «фонтаном». При данном методе через диффузор, установленный ближе ко дну емкости, в вино выпускаются малые пузырьки кислорода. По мере движения пузырьков вверх кислород поглощается вином. Эффективность данного метода зависит от размера пузырьков и глубины емкости.

Целью по меньшей мере предпочтительных воплощений настоящего изобретения является обеспечить устройство и способ для высвобождения газа в жидкость с целью улучшения ее качества. Кроме того, целью по меньшей мере предпочтительных воплощений настоящего изобретения является по меньшей мере предоставить полезную возможность выбора потенциальному потребителю.

Сущность изобретения

В первой группе воплощений настоящего изобретения предлагается устройство для высвобождения газа в жидкость, содержащуюся в емкости, при этом предлагаемое устройство содержит:

a. узел подачи газа, включающий источник сжатого газа;

b. поплавок, связанный по газообразной среде с источником сжатого газа; и

c. газовыпускную мембрану, связанную по газообразной среде с источником сжатого газа и поплавком, при этом газовыпускная мембрана обеспечивает высвобождение газа в жидкость;

при этом поплавок имеет изменяющуюся плавучесть, что заставляет поплавок и газовыпускную мембрану подниматься и опускаться в зависимости от плавучести поплавка, и при этом плавучесть поплавка уменьшается по мере высвобождения газа в жидкость.

В одном из воплощений предусматриваются установка источника сжатого газа снаружи емкости и размещение поплавка и по меньшей мере части газовыпускной мембраны внутри емкости. В альтернативном воплощении источник сжатого газа, поплавок и газовыпускная мембрана выполнены в виде содержащего все необходимые компоненты узла, размещаемого внутри емкости.

В одном из воплощений газовыпускная мембрана является протяженной между узлом подачи газа и поплавком.

В одном из воплощений газовыпускная мембрана является частично протяженной между источником сжатого газа и поплавком.

В одном из воплощений мембрана содержит гибкую трубку.

В одном из воплощений поплавок имеет форму, создающую гидродинамический эффект, заставляющий поплавок перемещаться в целом в латеральном направлении по мере его всплытия и/или погружения.

В одном из воплощений поплавок содержит одно или более ребер, протяженных в латеральном направлении.

В одном из воплощений устройство дополнительно содержит клапан для управления подачей газа с источника газа к поплавку и газовыпускной мембране.

В одном из воплощений газ является кислородом, диоксидом серы, диоксидом углерода и/или азотом, или их комбинацией, или содержит один из упомянутых газов или их комбинацию.

В одном из воплощений газ является кислородом или содержит кислород.

В одном из воплощений в газ введены один или более вкусовых оттенков или ароматов.

Во второй группе воплощений настоящего изобретения предлагается способ высвобождения газа в жидкость, содержащий этапы:

a. обеспечения емкости, содержащей жидкость;

b. обеспечения источника газа, поплавка, связанного по газообразной среде с источником газа, и газовыпускной мембраны, связанной по газообразной среде с источником газа и поплавком;

c. помещения поплавка и газовыпускной мембраны в жидкость, содержащуюся в емкости;

d. подачи газа в газовыпускную мембрану и поплавок, в результате чего увеличивается плавучесть поплавка, происходит выпуск газа в жидкость с источника газа через газовыпускную мембрану, и плавучесть поплавка уменьшается; и

e. всплытия и погружения поплавка в жидкости, содержащейся в емкости, в зависимости от относительной плавучести поплавка.

В одном из воплощений способ дополнительно содержит этап управления подачей газа от источника газа к поплавку и газовыпускной мембране таким образом, что когда давление газа в поплавке достигнет верхнего порогового значения, подача газа с источника газа уменьшается или полностью прекращается, а когда давление газа в поплавке упадет до нижнего порогового значения, подача газа с источника газа к поплавку и газовыпускной мембране возобновляется.

В одном из воплощений подача газа от источника газа к поплавку и газовыпускной мембране осуществляется циклами, при этом в каждом цикле газ выпускается в течение первого периода времени и не выпускается в течение второго периода времени.

В одном из воплощений длительность цикла составляет от примерно 20 минут до примерно 24 часов.

В одном из воплощений поплавок перемещается в латеральном направлении в жидкости, содержащейся в емкости, при его всплытии и погружении.

В одном из воплощений газ является одним или более из следующих газов: кислород, диоксид серы, диоксид углерода и/или азот, или содержит один из более из упомянутых газов.

В одном из воплощений газ является кислородом или содержит кислород.

В одном из воплощений жидкость является напитком.

В одном из воплощений напиток является вином.

Термин «содержащий» в настоящем описании и в формуле изобретения означает «по меньшей мере частично состоящий из». Утверждения в настоящем описания и формуле изобретения, включающие термин «содержащий», следует интерпретировать, как подразумевающие возможное наличие прочих элементов в дополнение к элементам, следующим за данным термином. Родственные ему термины, такие, как «содержит» и «содержащийся», следует интерпретировать аналогичным образом.

Упоминание в настоящем описании диапазонов числовых значений (например, от 1 до 10) подразумевает все рациональные числа в данном диапазоне (например, 1, 1,1, 2, 3, 3,9, 4, 5, 6, 6,5, 7, 8, 9 и 10), а также любой поддиапазон рациональных чисел внутри данного диапазона (например, от 2 до 8, от 1,5 до 5,5 и от 3,1 до 4,7), и поэтому все поддиапазоны приводимых в настоящем описании диапазонов следует при этом считать явно упомянутыми. Это лишь примеры значений, подразумеваемых, как упомянутые явно; подобным образом, любые возможные комбинации числовых значений между приведенными низшим и высшим значениями также следует подразумевать, как явно упомянутые в настоящем описании.

Сведущим в области, к которой относится настоящее изобретение, будут сами собой очевидны многочисленные возможные изменения в конструкции предлагаемого устройства, а также разнообразные альтернативные воплощения и приложения настоящего изобретения в пределах его объема, определяемого прилагаемой формулой. Настоящее описание носит чисто иллюстративный характер и ни в каком смысле не является ограничивающим. В случаях, когда в настоящем описании упоминаются объекты, имеющие эквиваленты, известные в области, к которой относится настоящее изобретение, такие эквиваленты следует считать явно упомянутыми в настоящем описании.

Упоминание элементов во множественном числе означает, что данные элементы могут присутствовать как во множественном, так и в единственном числе.

В контексте настоящего описания термин «и/или» означает «и» или «или», или, где контекст это позволяет, оба данных варианта.

Настоящее изобретение заключается в нижеследующем, но также предусматривает конструкции, для которых описанное ниже следует рассматривать, лишь как примеры.

Краткое описание чертежей

Ниже приводится описание воплощений настоящего изобретения, приводимых только в качестве примеров, со ссылками на прилагаемые чертежи.

Фиг. 1. Узел подачи газа, содержащий источник сжатого газа, регулятор, клапан и корпус для данных компонентов, в разобранном виде.

Фиг. 2. Аксонометрическое изображение корпуса с размещенными в нем источником сжатого газа, регулятором и клапаном.

Фиг. 3. Аксонометрическое изображение источника сжатого газа, регулятора и клапана, собранных друг с другом.

Фиг. 4. Поплавок в разобранном виде.

Фиг. 5. Аксонометрическое изображение устройства с поплавком в состоянии с относительно отрицательной плавучестью.

Фиг. 6. Аксонометрическое изображение устройства с поплавком в состоянии с относительно положительной плавучестью.

Фиг. 7. Вид спереди альтернативного воплощения поплавка.

Фиг. 8. Аксонометрическое изображение поплавка, показанного на фиг. 7.

Фиг. 9. Вид сбоку поплавка, показанного на фиг. 7.

Фиг. 10. Аксонометрическое изображение с разрезом альтернативного воплощения поплавка в состоянии с относительно отрицательной плавучестью.

Фиг. 11. Поплавок, изображенный на фиг. 10, в состоянии с относительно положительной плавучестью.

Фиг. 12. Схематическое аксонометрическое изображение емкости с устройством, показанным на фиг. 5, когда поплавок находится в состоянии с относительно положительной плавучестью.

Фиг. 13. Схематическое аксонометрическое изображение емкости с устройством, показанным на фиг. 5, когда поплавок находится в состоянии с относительно отрицательной плавучестью.

Фиг. 14. Схематическое аксонометрическое изображение воплощения, в котором мембрана и поплавок находятся внутри емкости, а остальные компоненты устройства устанавливаются снаружи емкости.

Фиг. 15. Принципиальная схема системы управления, позволяющей наблюдать за устройством и/или управлять его работой.

Фиг. 16. График, отображающий изменения давления в мембране с течением времени (вино Пино Нуар).

Фиг.17. График, отображающий изменения давления в мембране с течением времени (вино Мерло).

Фиг. 18. Результаты комплексной оценки проб вин Пино Нуар: вина обработанного предлагаемым устройством, вина, обработанного существующей системой микрооксигенации, и контрольного вина.

Фиг. 19. Результаты комплексной оценки проб вин Мерло: вина обработанного предлагаемым устройством, вина, обработанного существующей системой микрооксигенации, и контрольного вина.

Фиг. 20. Содержание кислорода во время проведения эксперимента (устройство 1).

Фиг. 21. Содержание кислорода во время проведения эксперимента (устройство 3).

Подробное описание изобретения

На фиг. 1-6, 12 и 13 показано предпочтительное воплощение устройства для высвобождения газа в жидкость, содержащуюся в емкости 100. Данное устройство в совокупности обозначено номером позиции 1. Емкость 100 может быть баком, бочкой, цистерной или любой другой емкостью, используемой для хранения, выдержки и/или перевозки жидкости. Емкость может быть стальным баком или традиционной деревянной бочкой, например, бочкой, поры в которой забились после многократного ее использования.

Устройство 1 содержит источник сжатого газа в форме картриджа 3, поплавок 5 и элемент для выпуска газа в форме мембраны 7. Газовый картридж оборудован регулятором 9 давления и регулирующим клапаном 11. Совместно с трубкой 13 обратной связи, клапан 11 регулирует подачу газа из картриджа к мембране 7 по трубке 10. Значения давления, при которых открывается и закрывается клапан 11, подобраны в соответствии со скоростью прохождения газа через мембрану. Регулятор 9 давления, трубка 10, регулирующий клапан 11 и трубка 13 обратной связи размещены в корпусе 16, имеющем крышку 15. Регулятор 9 давления может быть настраиваемым. Поплавок 5 по своему устройству и функциям напоминает шприц. Его плунжер может иметь уплотнение мембранного типа, обеспечивающее малое трение или практически полное отсутствие трения.

Поплавок 5 связан по газообразной среде с газовым картриджем 3, благодаря чему газ может поступать из газового картриджа 3 к поплавку 5. Мембрана 7 связана по газообразной среде с газовым картриджем 3 и поплавком 5. В частности, мембрана 7 обеспечивает подачу газа из газового картриджа 3 к поплавку 5. Мембрана 7 обеспечивает также высвобождение газа в жидкость L.

На фиг. 4-6 показано первое воплощение поплавка. Поплавок 5 имеет изменяющуюся плавучесть, в результате чего, в зависимости от текущего значения плавучести, поплавок 5 поднимается и опускается в жидкости L. Поплавок 5 имеет корпус 17 и патрубок 18, связанный по газообразной среде с мембраной 7.

Корпус 17 включает также колпачок 19, зафиксированный на фланце 20 корпуса. Внутри корпуса 17 расположены пружина 21, проставка 23 и плунжер 25, имеющий шток 27. Проставка 23 определяет степень сжатия пружины и может быть заменена на более короткую или более длинную, если требуется изменить силу сжатия пружины. Силу упругости, развиваемую пружиной, подбирают в соответствии со скоростью прохождения газа через мембрану 7. Проставка 23 и пружина 21 удерживаются внутри корпуса 17 колпачком 19. Мембрана 7 надета на патрубок 18, в результате чего газ может перетекать между внутренним пространством мембраны 7 и внутренним пространством корпуса 17, то есть, пространством между патрубком 18 и плунжером 25.

На начальном этапе поступления газа в мембрану 7 и поплавок 5 давление газа относительно высоко, и под его воздействием на плунжер 25 и пружину 21 плунжер перемещается в сторону колпачка 19. В результате этого поплавок 5 приобретает относительно положительную плавучесть и всплывает в жидкости L, как показано на фиг. 6. С течением времени газ через мембрану 7 высвобождается в жидкость, и давление газа в поплавке 5 падает. Под действием пружины 21 плунжер постепенно перемещается в сторону от колпачка 19. Поплавок приобретает отрицательную плавучесть и опускается, как показано на фиг. 5.

На фиг. 7-9 показано альтернативное воплощение поплавка 105. В данном альтернативном воплощении поплавок 105 имеет элементы и функции, аналогичные элементам и функциям поплавка, изображенного на фиг. 4-6, и для обозначения аналогичных его частей используются аналогичные номера позиций. Отличие состоит в том, что форма поплавка 105 обеспечивает гидродинамический эффект, который заставляет поплавок 105 перемещаться в латеральном направлении по мере его всплытия и/или погружения в жидкости L.

В показанном воплощении поплавок 105 имеет одно или более протяженных в латеральном направлении ребер 129. В показанном предпочтительном воплощении поплавок имеет два ребра 129. В показанном воплощении ребра 129 имеют в сущности прямоугольную форму на виде сверху, но в других воплощениях они могут иметь и другую форму, например, шестиугольную, круглую или треугольную. Ребра 129 расположены под углом к направлению длины корпуса поплавка. Данный угол обеспечивает гидродинамический эффект, заставляющий поплавок перемещаться из сторону в сторону по мере его всплытия или погружения в жидкости L.

В дополнение к этому, в любом из воплощений, показанных выше, перемещение поплавка в латеральном направлении может быть обеспечено путем включения в его конструкцию сопла для жидкости, через которое будет быстро вытесняться жидкость по мере заполнения поплавка газом, что будет создавать гидродинамическую силу. В дополнение к этому, или в качестве альтернативы, перемещение поплавка в латеральном направлении может обеспечиваться формой мембраны, а именно, мембрана может иметь криволинейную форму.

В данном воплощении колпачок 119 одновременно является также грузом, за счет которого сохраняется вертикальная ориентация поплавка 105 по мере его перемещения по емкости 100. Поплавок 119 прикреплен к фланцу 120 корпуса 117 поплавка.

На фиг. 10 и 11 показан поплавок 205 в соответствии с третьим воплощением настоящего изобретения. Поплавок 205 в данном воплощении имеет элементы и функции, аналогичные элементам и функциям поплавка, изображенного на фиг. 4-6, и для обозначения аналогичных его частей используются аналогичные номера позиций. Данный поплавок имеет корпус 217, поршень 225 и уплотнение 216. Одним из отличий является то, что уплотнение 216 является складывающимся и меняет форму требуемым образом, а не скользит по корпусу при движении поршня. Вследствие этого при движении поршня его трение о корпус мало или вовсе отсутствует.

Сворачивающееся уплотнение 216 прикреплено к корпусу 217 и к поршню 225. При движении поршня 225 из положения, показанного на фиг. 10, уплотнение 216 постепенно разворачивается, пока оно не примет положения, показанного на фиг. 11.

Перемещение поплавка 5 в жидкости L заставляет мембрану 7 также перемещаться в жидкости. Мембрана 7 является достаточно гибкой, что приводит к ее движению и вызывает изменение ее формы по мере перемещения поплавка 5 в жидкости L. Так, например, на фиг. 5 и 13 показано, что мембрана 7 является протяженной вертикально вниз от корпуса 16, потому что поплавок 5 имеет отрицательную плавучесть. На фиг. 6 и 12 показано, что мембрана 7 может иметь криволинейную форму, когда поплавок 5 имеет относительно положительную плавучесть и пространственно отнесен от корпуса 16.

В показанном воплощении мембрана 7 является протяженной между корпусом 16 и поплавком 5. В альтернативном воплощении мембрана 7 может быть протяженной только вдоль части расстояния между корпусом 16 и поплавком 5. В таких воплощениях устройство 1 может иметь трубку, слабо или очень слабо проницаемую для газа, протяженную от корпуса 16 до мембраны 7. В дополнение к этому, или в качестве альтернативы, устройство может иметь трубку, непроницаемую для газа и протяженную от поплавка к мембране 7.

Мембрана 7 содержит силиконовую трубку, высвобождающую газ в жидкость. В альтернативных воплощениях мембрана может быть выполнена из других газопроницаемых материалов. Газ может проходить через мембрану в жидкость в виде пузырьков или сразу растворяться в жидкости. Ниже приводится два примера подходящих мембран, имеющихся в продаже.

Tygon 3350 производства Saint-Gobain

Материал: трубка из силикона, отвержденного на платиновом катализаторе

Длина: 2 м

Внутренний диаметр мембраны: 3 мм

Наружный диаметр мембраны: 6 мм

Толщина стенок мембраны: 1,5 мм

Versilic SPX-50 производства Saint-Gobain

Материал: трубка из силикона

Длина: 2 м

Внутренний диаметр мембраны: 3 мм

Наружный диаметр мембраны: 6 мм

Толщина стенок мембраны: 1,5 мм

Длина мембраны может составлять от 0,5 до 1,5 м (но не ограничивается данным диапазоном). При этом подразумевается, что длина мембраны может быть выбрана, исходя из количества высвобождаемого кислорода за единицу времени, требующегося для данного типа вина, размеров емкости и/или количества содержащегося в ней вина. Примеры рекомендуемого массового расхода кислорода, подаваемого в вино различных сортов:

Мерло = 1-5 мг/л/месяц

Пино Нуар = 1-2 мг/л/месяц

Шардоне = 1-2 мг/л/месяц

Так, например, длина мембраны 7 может составлять примерно 0,6 м, 0,7 м, 0,8 м, 0,9 м, 1,0 м, 1,1 м 1,2 м, 1,3 м, 1,4 м, 1,5 м, 1,6 м, 1,7 м, 1,8 м, 1,9 м, 2,0 м, 2,1 м 2,2 м, 2,3 м, 2,4 м, 2,5 м, 2,6 м, 2,7 м, 2,8 м, 2,9 м, 3,0 м, 3,1 м 3,2 м, 3,3 м, 3,4 м, 3,5 м, 3,6 м, 3,7 м, 3,8 м, 3,9 м, 4,0 м, 4,1 м, 4,2 м, 4,3 м, 4,4 м, 4,5 м, 4,6 м, 4,7 м, 4,8 м, 4,9 м или 5,0 м.

Длина мембраны является лишь одним из многих параметров, которые могут быть соответствующим образом подобраны, чтобы обеспечить требуемый массовый расход кислорода, высвобождаемого в жидкость. Прочие параметры включают давление газа, материал мембраны, толщину стенок мембраны, материал мембраны и сорт вина.

Газ является одним из следующих газов: кислород, диоксид серы, диоксид углерода и/или азот, или любой их комбинацией, или содержит такие газы или их комбинацию. В предпочтительном воплощении газ является кислородом или содержит кислород. В некоторых воплощениях в газ могут быть введены один или более вкусовых оттенков или ароматов, например, аромат дуба.

Преимуществом подачи одного или более дополнительных газов наряду с кислородом является то, что такие газы будут непосредственно реагировать с вином, улучшая его букет, цвет и/или текстуру, или удаляя из него нежелательные запахи.

В одном из воплощений газовый картридж 3, поплавок 5 и мембрана 7 собраны в единый, содержащий все необходимые компоненты узел, который может быть полностью размещен внутри емкости 100. То есть, устройство не имеет компонентов, размещаемых вне емкости 100. Такое воплощение показано на фиг. 5 и 6. Преимуществом данного воплощения является то, что такое устройство может использоваться в обычной емкости или бочке для вина и не требует ее доработок или использования дополнительного оборудования. Устройство требует минимального участия, или даже не требует никакого участия оператора в его работе после введения устройства в емкость 100.

На фиг. 14 показано альтернативное воплощение, в котором поплавок 5 и мембрана 7 могут быть размещены внутри емкости 100, но остальные компоненты располагаются снаружи емкости. В частности, газовый картридж 3, регулятор 9 давления и клапан 11 могут быть расположены снаружи емкости 100.

Через отверстие или пробку в емкость 100 может быть вставлена трубка для подачи газа к мембране 7, находящейся в жидкости L. Еще в одном альтернативном воплощении корпус может быть установлен снаружи емкости 100 вместо пробки (или крышки).

Газовый картридж 3, регулятор 9 давления и клапан 11 могут быть размещены внутри корпуса 16. Преимуществом такого воплощения является легкость доступа оператора к газовому картриджу 3 для проверки его работоспособности и замены.

Компоненты устройства, которые находятся в контакте с жидкостью, выполнены из материалов, качество и степень чистоты которых допускают их контакт с пищевыми продуктами. Так, например, мембрана выполнена из пищевого силикона, корпус устройства, корпус поплавка и колпачок выполнены из пищевой пластмассы. Клапан выполнен из латуни и нержавеющей стали, а картридж выполнен из стали.

Ниже описан способ высвобождения газа в жидкость. Способ содержит этап помещения поплавка и корпуса, в который заключены газовый картридж и клапан 11, в жидкость, находящуюся в емкости 100.

При использовании устройства газ выпускается из газового картриджа 3 в мембрану 7 через клапан 11. Давление газа воздействует на плунжер 27 в поплавке 5, заставляя плунжер подниматься вверх, в результате чего поплавок становится плавучим и всплывает вертикально вверх. Давление в мембране 7 и поплавке 5 по трубке обратной связи воздействует на клапан 11, в результате чего клапан закрывается. Газ диффундирует через мембрану 7 в жидкость. Давление в поплавке 5 уменьшается до среднего уровня, в результате чего поплавок становится недостаточно плавучим и тонет. Газ продолжает диффундировать в жидкость через мембрану 7. Когда давление достигает нижнего порогового значения, клапан 11 открывается, и цикл повторяется снова.

На фиг. 15 показана система управления, используемая для управления устройством и/или наблюдением за его работой в альтернативном воплощении устройства. Система управления в данном альтернативном воплощении обеспечивает подачу газа из газового картриджа к поплавку и мембране за счет работы соленоидного клапана, на который поступают сигналы обратной связи с множества датчиков. При этом подразумевается, что на фиг. 15 показан лишь один из возможных способов управления давлением в системе. Возможны и другие способы. На фиг. 15 показано, что между резервуаром 3 с кислородом и регулятором 9 давления установлен датчик 13 давления. Еще один датчик 33 давления расположен в поплавке, или может быть расположен в другом месте, позволяющем измерить давление в мембране. Датчик 35 измеряет температуру вина в баке. Датчик 37 измеряет температуру окружающего воздуха. Блок 39 системы формирует пакетный сигнал на основе данных, получаемых им с датчика температуры окружающего воздуха, датчиков давления и датчика температуры вина в баке. Затем эти данные передаются на микроконтроллер, который посылает сигнал на привод соленоидного клапана. Когда давление газа в поплавке падает до нижнего порогового значения, система дает сигнал на срабатывание соленоидного клапана. В системе могут быть заданы одно верхнее пороговое значение давления и одно нижнее пороговое значение давления. В качестве альтернативы, в системе может быть задано несколько диапазонов, ограниченных пороговыми значениями давления.

На фиг. 16 и 17 показаны графики изменения давления внутри мембраны и поплавка с течением времени для системы, настроенной на работу с несколькими диапазонами давления. На обоих графиках видно, что давление в мембране переходит из одного диапазона в другой, а также колеблется внутри каждого из диапазонов давления, при этом один диапазон характеризуется относительно более высоким средним давлением и соответствует относительно более высокому положению поплавка в баке с вином. В пределах данного диапазона давление в мембране с течением времени меняется, колеблясь между примерно 1,6 атм и примерно 1,7 атм.

Второй диапазон характеризуется относительно более низким средним давлением и соответствует относительно более низкому положению поплавка в баке с вином. Так, например, при данном положении поплавок может быть расположен точно или примерно на половине высоты бака, точно на дне бака или близко к нему. В пределах данного диапазона давление в мембране с течением времени меняется, колеблясь между примерно 1,3 атм и примерно 1,4 атм.

При переходе давления из одного диапазона в другой поплавок совершает движение, и его плавучесть меняется, проходя через точку нейтральной плавучести, которая, в примерах, показанных на фиг. 16 и 17, соответствует давлению 1,5 атм. Кроме того, положение поплавка в состоянии отрицательной плавучести (иными словами, когда давление газа в нем находится в нижнем диапазоне) будет определяться длиной мембраны. Поплавок в состоянии положительной плавучести (иными словами, когда давление газа в нем находится в верхнем диапазоне) будет оставаться на поверхности жидкости.

Состояние нейтральной плавучести может быть определено по следующей процедуре:

1. Сбросить давление в поплавке до нуля (или проделать данную процедуру до начала подачи кислорода в мембрану).

2. Медленно повышать давление в мембране, например, на 0,05 атм каждые 30 секунд.

3. Постоянно наблюдать за давлением в мембране.

4. При достижении искомого давления, соответствующего нейтральной плавучести поплавка, и переходе через данное значение давления можно заметить изменение давления в мембране, отражающее изменение гидростатического давления вследствие всплытия поплавка в жидкости, что вызывает падение гидростатического давления.

Корпус 16 устройства может плавать в жидкости L или может погружаться на дно емкости 100. А именно, корпус может накреняться, всплывать или погружаться в зависимости от количества кислорода, остающегося в картридже 3. То есть, в дополнение к мембране 7 и поплавку 5, перемещаться в жидкости может также и корпус 16 устройства.

Перемещение мембраны 7 обеспечивает более равномерное распределение кислорода по всему объему жидкости L в баке. При периодическом перемещении мембраны 7 большее количество жидкости будет вступать в непосредственный контакт с мембраной 7, чем в случае, когда мембрана неподвижна или практически неподвижна. В результате этого, активно перемещающийся поплавок обеспечивает более эффективную микрооксигенацию по сравнению с устройством, в котором мембрана полностью неподвижна или относительно неподвижна.

При активном перемещении поплавка в жидкости L предотвращается, или по меньшей мере в сущности предотвращается, или по меньшей мере уменьшается скопление кислорода в окрестностях мембраны 7 по сравнению со случаем, когда мембрана относительно неподвижна. Скорость процесса высвобождения кислорода в жидкость через мембрану определяется разностью концентраций кислорода по обе стороны мембраны. Если жидкость вокруг мембраны 7 становится слишком насыщенной кислородом, высвобождение кислорода через мембрану в жидкость может замедлиться или даже совершенно прекратиться. Периодическое перемещение мембраны 7 в жидкости предотвращает или по меньшей мере существенно замедляет насыщение кислородом жидкости вокруг мембраны. Устройство, оснащенное поплавком 105, показанным на фиг. 7-9 и описанным выше, обеспечивает перемещение поплавка в жидкости, содержащейся в емкости, в латеральном направлении при всплытии и погружении поплавка.

В одном из воплощений расход газа изменяется периодически (циклами), при этом в каждом цикле газ выпускается в жидкость в течение первого периода времени и не выпускается в течение второго периода времени.

Данный способ предпочтительно включает определенное количество циклов, после чего данные циклы повторяются в течение, как минимум, одного месяца. Длительность цикла может составлять от примерно 20 минут до примерно 24 часов. Количество подаваемого кислорода в расчете на литр жидкости может меняться с течением времени. Так, например, может использоваться следующий подход:

5 мг кислорода на литр в течение первого месяца;

3 мг кислорода на литр в течение второго месяца;

1 мг кислорода на литр в течение третьего месяца.

В некоторых воплощениях способ может включать подачу 1 мг кислорода на литр вина непосредственно перед его доставкой покупателю, чтобы «раскрыть» букет вина. Возможна также подача кислорода в процессе транспортировки вина с использованием устройства и способа, описанных в настоящей заявке.

Окончательная настройка рабочих параметров устройства и способа, как правило, производится, исходя из типа обрабатываемой жидкости. Предлагаемые устройство и способ могут также использоваться для выдержки рома, пива, уксуса, хереса, виски или коньяка.

Результаты эксперимента

Использование предпочтительных воплощений способа и устройства, описанных выше, дало следующие результаты, которые можно рассматривать, как начальные.

Мерло

Тип мембраны: Tygon 3350

Длина мембраны: 2 м

Среднее давление в мембране: 1,45 атм

Средняя продолжительность цикла: 55 минут

Расход кислорода: 15,45 граммов в месяц

Объем вина: 11000 литров

Пино Нуар

Тип мембраны: Tygon 3350

Длина мембраны: 1 м

Среднее давление в мембране: 1,25 атм

Средняя продолжительность цикла: 55 минут

Расход кислорода: 7,18 граммов в месяц

Объем вина: 11000 литров

Были проведены испытания с целью сравнения вина, обработанного описанным выше образом, с использованием предпочтительного воплощения предлагаемого устройства, и такого же вина, не подвергнутого микрооксигенации. Обработанное вино обладало отличиями в букете по сравнению с необработанным вином, что указывало на эффективность проведенной микрооксигенации и произошедшее созревание обработанного вина.

Общая схема эксперимента

Для оценки пригодности и эффективности предпочтительного воплощения предлагаемого устройства для высвобождения газа в жидкость был проведен эксперимент, процедура которого подробно описана ниже. Эксперимент был спланирован таким образом, чтобы оценить вино, обработанное воплощением предлагаемого устройства, и сравнить его с вином, обработанным существующей системой микрооксигенации, а также с пробой контрольного вина. Контрольным являлось вино, при изготовлении которого не использовалась какая-либо система микрооксигенации. Эксперимент проводился с шестью емкостями вина двух сортов. Для всех вин были обеспечены одинаковые внешние условия и одинаковое общее время изготовления. В частности, было обеспечено одинаковое время воздействия атмосферного кислорода на вино во всех емкостях.

В течение всего процесса эксперимента за всеми винами активно наблюдали, а именно, пробы всех вин, регулярно отбираемые через одинаковые промежутки времени, анализировались независимой лабораторией.

Емкости

Для эксперимента использовали шесть емкостей, каждая из которых имела размеры:

• Высота: 2,5 м

• Диаметр: 2,35 м

• Объем: 11000 л

Обработка вина в емкостях и подача кислорода

Емкость 1: Вино Пино Нуар, обработка устройством в соответствии с воплощением настоящего изобретения в течение двух месяцев, подача кислорода в количестве 1 мг на литр в месяц.

Емкость 2: Вино Пино Нуар, обработка имеющимся в продаже устройством в течение двух месяцев, подача кислорода в количестве 1 мг на литр в месяц.

Емкость 3: Контрольный образец вина Пино Нуар, выдержка в течение двух месяцев без подачи кислорода (0 мг кислорода на литр в месяц).

Емкость 4: Вино Мерло, обработка устройством в соответствии с воплощением настоящего изобретения, подача 2 мг кислорода на литр в месяц в течение одного месяца,

и 1 мг кислорода на литр в месяц в течение еще одного месяца.

Емкость 5: Вино Мерло, обработка имеющимся в продаже устройством, подача 2 мг кислорода на литр в месяц в течение одного месяца,

и 1 мг кислорода на литр в месяц в течение еще одного месяца.

Емкость 6: Контрольный образец вина Мерло, выдержка в течение двух месяцев без подачи кислорода (0 мг кислорода на литр в месяц).

Цели винодела

Перед началом эксперимента виноделом ставились цели получить вина, обладающие следующими характеристиками. Пино Нуар - сформировать тело вина и смягчить дубильные вещества, чтобы придать вину глубину и полноту. Мерло - сделать дубильные вещества более мягкими и утонченными, чтобы обеспечить глубину в течение всего вкусового ощущения во рту и меньшую сухость послевкусия. Данные цели определяли количества и режим подачи кислорода в соответствующие емкости с вином.

Наблюдение за ходом эксперимента - закрытая дегустация

Для оценки хода созревания вина и достижения поставленных целей виноделы проводили систематическую закрытую дегустацию вин с интервалом в две недели. Не идентифицируемая внешне проба каждого из вин испытывалась на вкус и зрелость, при этом отмечались индивидуальные особенности каждой пробы по сравнению с пробами остальных вин в пределах одного сорта.

Анализ в независимой лаборатории

Пробы каждого вина направляли в независимую лабораторию, специализирующуюся на анализе вин, где проводилось определение базового набора показателей каждого из вин до и после проведения эксперимента. Анализ включал измерение рН, титруемой кислотности, а также определение содержания в вине несвязанного и суммарного SO₂, спирта, уксусной кислоты, глюкозы/фруктозы и яблочной кислоты. Определение и анализ данных показателей проб всех вин независимой лабораторией проводись каждые две недели. Параллельно с этим, в течение всего периода эксперимента виноделами также проводились химический анализ вина, наблюдения за изменениями рН, содержания несвязанного и суммарного SO₂, титруемой кислотности, содержания летучих кислот, измерения температуры, содержания растворенного кислорода, плотности, оценивались его оттенок и мутность.

Наблюдение за подачей кислорода в режиме реального времени

Предлагаемое устройство позволяет организовать мониторинг его работы в режиме реального времени. Данный мониторинг позволяет не только наблюдать за эффективностью работы устройства, но и дистанционно корректировать количество высвобождаемого в вино кислорода. Использованная система мониторинга позволяла получить ценные данные о расходе газа, его давлении, содержании кислорода в вине, температуре вина, а также о движениях поплавка. В течение всего эксперимента мониторинг проводился в режиме реального времени, данные собирались и записывались каждые 5 минут в течение десяти недель, и таким образом был получен набор достоверных данных.

По окончании эксперимента группой дегустаторов от виноделов была проведена закрытая дегустация вин с целью определить, будут ли пробы вин, прошедших различную обработку, четко различимы друг от друга, а также оценить индивидуальные особенности каждого их изготовленных вин. Дегустаторам были предложены не идентифицируемые внешне пробы для оценки букета вина, полученного в шести емкостях, и соответственно, для сравнения вина, полученного с использованием предпочтительного воплощения предлагаемого устройства, с вином, обработанным устройством, имеющимся в продаже, и контрольным вином.

На фиг. 18 показаны результаты комплексной оценки вин Пино Нуар, позволяющие сравнить вино, обработанное устройством в соответствии с воплощением настоящего изобретения (показатели отмечены треугольниками), вино, обработанное устройством, имеющимся в продаже (отмечено квадратами), а также контрольное вино (отмечено кругами).

На фиг. 19 показаны результаты комплексной оценки вин Мерло, позволяющие сравнить вино, обработанное устройством в соответствии с воплощением настоящего изобретения (показатели отмечены треугольниками), вино, обработанное устройством, имеющимся в продаже (отмечено квадратами), а также контрольное вино (отмечено кругами).

Диаграммы, приведенные на фиг. 18 и 19, показывают, что винам, обработанным устройством в соответствии с настоящим изобретением, были присвоены равные или даже более высокие оценки по всем десяти показателям по сравнению с винами, обработанными устройством, имеющимся в продаже, и контрольными винами.

Вкусовые заметки дегустаторов

Вкусовые заметки, сделанные дегустаторами, показывают, что взятые на всех стадиях эксперимента пробы вин, обработанных устройством в соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения, имели наилучшие букеты в своем сорте.

Сложные обонятельные ощущения с ароматом красных фруктов и утонченными выделяющимися нотками. Большая глубина вкусового ощущения во рту по сравнению с пробой D (контроль) и более сложный букет по сравнению с пробой Е (обработка имеющимся в продаже устройством). Более органично встроенная структура в общий букет вина по сравнению с пробой Е (обработка имеющимся в продаже устройством).

Ароматы сладкой черники и немного пряный, приподнятый вкус. Богатство и глубина начального восприятия, приятная сложность, малая терпкость, дубильные вещества, присущие зерновым спиртам. Наиболее мягкое и сбалансированное из трех вин.

Наиболее приподнятый букет из трех вин, вкус и аромат запеченных темных фруктов, сложные и изысканные нотки. Хорошая глубина в начале вкусового ощущения, хорошо сохраняющаяся во время всего ощущения вина во рту, несмотря на тягучие дубильные вещества в структуре вина. Отсутствие горечи в послевкусии. В целом хорошо сбалансированное вино по глубине и структуре.

Анализ дистанционно собранных данных

Анализ дистанционно собранных данных также показал, что суммарные количества кислорода, высвобожденного в вино с помощью устройства в соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения, в пределах допустимых отклонений соответствовали заданным параметрам, составив 13,04 и 6,66 граммов в месяц для вин Мерло (устройство 1) и Пино Нуар (устройство 3) соответственно. Графики, на которые были нанесены соответствующие данные, подтверждали постоянство и равномерность подачи кислорода. Эти данные хорошо коррелировали с отзывами дегустаторов, которые отслеживали процесс созревания вина по мере введения в него кислорода. Также было приятно отметить надежную работу поплавка, который в течение всего хода эксперимента поднимался и опускался в емкости с вином каждые 30 минут.

Анализ в независимой лаборатории

Основные химические показатели всех проб вина определялись в независимой лаборатории. Результаты анализа указывали на отсутствие заметных отличий между пробами трех вин одного сорта с точки зрения химического их состава. Это показывает, что устройство в соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения эффективно улучшает вино, не оказывая при этом воздействия на его химический состав.

Примечание: Мох - предлагаемая система микрооксигенации;

WG - система микрооксигенации Wine Grenade

Выше были описаны предпочтительные воплощения настоящего изобретения, приведенные только для примера и допускающие внесение в них изменений без выхода за пределы объема настоящего изобретения.

Группа изобретений относится к области пищевой промышленности. Предложено устройство и способ высвобождения газа в жидкость. Устройство содержит включающий источник сжатого газа узел подачи газа, поплавок и газовыпускную мембрану для высвобождения газа в напиток. При этом газовыпускная мембрана выполнена протяженной между источником сжатого газа и поплавком, а поплавок характеризуется изменяющейся плавучестью, где плавучесть поплавка уменьшается по мере высвобождения газа в напиток. Способ включает обеспечение ёмкости с напитком, обеспечение источника газа, поплавка и газовыпускной мембраны, помещение поплавка и газовыпускной мембраны в напиток, подачу газа в газовыпускную мембрану и поплавок, позволение поплавку всплывать и погружаться в напиток в зависимости от относительной плавучести поплавка. Изобретения обеспечивают эффективное улучшение качеств напитка, в том числе вкусовых, не оказывая при этом воздействия на его химический состав. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 1 табл., 21 ил.

1. Устройство для высвобождения газа в жидкость, содержащуюся в ёмкости, при этом устройство содержит:

a. узел подачи газа, включающий источник сжатого газа;

b. поплавок, связанный по газообразной среде с источником сжатого газа; и

c. газовыпускную мембрану, связанную по газообразной среде с источником сжатого газа и поплавком, при этом газовыпускная мембрана выполнена с возможностью высвобождения газа в жидкость;

при этом газовыпускная мембрана выполнена по меньшей мере частично протяженной между источником сжатого газа и поплавком;

при этом поплавок характеризуется изменяющейся плавучестью, что заставляет поплавок и газовыпускную мембрану подниматься и опускаться в зависимости от плавучести поплавка, и при этом плавучесть поплавка уменьшается по мере высвобождения газа в жидкость, и

при этом жидкость, содержащаяся в емкости, представляет собой напиток.

2. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что источник сжатого газа выполнен с возможностью его установки снаружи ёмкости, а поплавок и по меньшей мере часть газовыпускной мембраны выполнены с возможностью их установки внутри ёмкости.

3. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что газовыпускная мембрана содержит гибкую трубку.

4. Устройство по любому из предшествующих пунктов, характеризующееся тем, что поплавок имеет форму, создающую гидродинамический эффект, заставляющий поплавок перемещаться в целом в латеральном направлении по мере его всплытия и/или погружения.

5. Устройство по п. 4, характеризующееся тем, что поплавок имеет одно или более рёбер, протяжённых в латеральном направлении.

6. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что дополнительно содержит клапан для управления подачей газа с источника газа к поплавку и газовыпускной мембране.

7. Устройство по любому из предшествующих пунктов, характеризующееся тем, что газ является кислородом, диоксидом серы, диоксидом углерода и/или азотом, или их комбинацией, или содержит один из упомянутых газов или их комбинацию.

8. Устройство по любому из предшествующих пунктов, характеризующееся тем, что газ является кислородом или содержит кислород.

9. Устройство по любому из предшествующих пунктов, характеризующееся тем, что в газ добавлены один или более вкусовых оттенков или ароматов.

10. Способ высвобождения газа в жидкость, содержащий этапы, на которых:

a. обеспечивают ёмкость, содержащую жидкость, при этом жидкость является напитком;

b. обеспечивают источник газа, поплавок, связанный по газообразной среде с источником газа, и газовыпускную мембрану, связанную по газообразной среде с источником газа и поплавком, при этом газовыпускная мембрана выполнена по меньшей мере частично протяженной между узлом подачи газа и поплавком;

c. помещают поплавок и газовыпускную мембрану в жидкость, содержащуюся в ёмкости;

d. подают газ в газовыпускную мембрану и поплавок, в результате чего увеличивается плавучесть поплавка, происходит выпуск газа из источника газа через газовыпускную мембрану в жидкость, за счет чего плавучесть поплавка уменьшается; и

e. позволяют поплавку всплывать и погружаться в жидкость, содержащейся в ёмкости, в зависимости от относительной плавучести поплавка.

11. Способ по п. 10, характеризующийся тем, что дополнительно содержит этап, на котором управляют подачей газа от источника газа к поплавку и газовыпускной мембране таким образом, что когда давление газа в поплавке достигнет верхнего порогового значения, подача газа с источника газа уменьшается или полностью прекращается, а когда давление газа в поплавке упадёт до нижнего порогового значения, подача газа с источника газа к поплавку и газовыпускной мембране возобновляется.

12. Способ по п. 10 или 11, характеризующийся тем, что подачу газа от источника газа к поплавку и газовыпускной мембране осуществляют циклами, при этом в каждом цикле газ выпускается в течение первого периода времени и не выпускается в течение второго периода времени.

13. Способ по п. 12, характеризующийся тем, что длительность цикла составляет от примерно 20 минут до примерно 24 часов.

14. Способ по любому из пп. 10-13, характеризующийся тем, что поплавок перемещается в латеральном направлении в жидкости, содержащейся в ёмкости, при его всплытии и погружении.

15. Способ по любому из пп. 10-14, характеризующийся тем, что газ является одним или более из следующих газов: кислород, диоксид серы, диоксид углерода и/или азот, или содержит один из более из упомянутых газов.

16. Способ по любому из пп. 10-15, характеризующийся тем, что газ является кислородом или содержит кислород.

17. Способ по любому из пп. 10-16, характеризующийся тем, что напиток является вином.