СПОСОБ НАСЫЩЕНИЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ ГАЗОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК B01F23/23 B01F23/236 A23L2/54 

Группа изобретений относится к пищевой промышленности, в частности, к способам и устройствам для насыщения текучей среды газом, а именно, насыщения напитков диоксидом углерода.

Из уровня техники известны способ и устройство для насыщения воды газом, содержащее водо-воздушный эжектор, который включает напорную камеру для подачи воды, сопло, приемную камеру с каналом подвода газа, камеру смешивания и диффузор. При осуществлении способа поток воды разрушается потоком газа (см. Е.Я. Соколов, Н.М. Зингер, «Струйные аппараты», М., «Энергия», 1970 г., с. 213-215).

Однако известные способ и устройство характеризуются недостаточным временем взаимодействия фаз, что не позволяет обеспечить необходимую величину концентрации газа в воде.

Из уровня техники также известны способ и устройство для насыщения напитков диоксидом углерода, содержащее последовательно расположенные накопительную емкость для жидкости, охладитель, смесительную камеру, приспособление для дозирования сиропа, связанные между собой системой трубопроводов с запорными клапанами, источник диоксида углерода, подсоединенный к системе трубопроводов, связанной с приспособлением для дозирования сиропа, и средство выдачи газированных напитков, в котором накопительная емкость установлена над охладителем, смесительная камера представляет собой эжектор с подключенными к нему трубопроводами жидкостной и газовой фаз. Для получения напитка с сиропом потребитель подает сигнал на соленоидный клапан, который подает газ на поршень сиропного механизма и выдавливает порцию сиропа в трубопроводы и стакан потребителя. Пружинный механизм сиропного механизма, дойдя до конечного выключателя, отключает клапан, пружинный механизм вместе с поршнем возвращается в исходное положение, засасывая через трубопровод очередную порцию сиропа из емкости. Вторым сигналом потребитель открывает клапаны, подавая газожидкостную смесь в стакан, где она смешивается с сиропом (см. патент РФ №2010543).

Недостатком известных способа и устройства является сложность в осуществлении способа и конструкции и связанная с этим малая надежность работы устройства.

Также известен способ насыщения текучей среды газом, включающий подачу текучей среды во входную камеру корпуса, перепуск текучей среды в камеру распределения газа через конфузор и сопло входной камеры для ускорения ее потока, перепуск текучей среды через дроссель камеры распределения газа для последующего ускорения потока текучей среды и образования области разрежения, подачу сжатого газа в камеру распределения газа для его подсоса в область разрежения потока текучей среды, перепуск ускоренного потока текучей среды и газа в камеру смешивания для первичного смешивания текучей среды с газом, перепуск смеси текучей среды с газом в выходную камеру для замедления потока смеси и получения продукта (см. патент РФ №2725437).

Из того же источника известно устройство для насыщения текучей среды газом, содержащее корпус с последовательно расположенными в нем входной камерой подачи текучей среды, камерой распределения газа, камерой смешивания текучей среды с газом и выходной камерой для выпуска продукта, причем входная камера выполнена в виде соединенных между собой цилиндрической части и конфузора, имеющего сопло, сообщающее входную камеру с камерой распределения газа, подключенной к источнику сжатого газа и снабженной дросселем, выполненным с площадью поперечного сечения, меньшей площади поперечного сечения сопла входной камеры, а выходная камера для выпуска продукта выполнена в виде диффузора.

Однако известные способ и устройство для насыщения текучей среды газом характеризуются недостаточно равномерным распределением газа при контакте с текучей средой, что значительно уменьшает площадь межфазной поверхности и тем самым снижает качество растворения газа в текучей среде.

Технической проблемой, решение которой обеспечивается при использовании предлагаемой группы изобретений, является улучшение связки текучей среды с равномерно распределённым в ней газом.

Технический результат, обеспечиваемый предлагаемой группой изобретений, заключается в уменьшении расхода газа, обеспечении возможности растворения газа в текучей среде при более высоких температурах, а также в уменьшении вспенивания при розливе.

Поставленная техническая проблема решается и указанный технический результат обеспечивается в части способа за счет того, что способ насыщения текучей среды газом, включающий подачу текучей среды во входную камеру корпуса, перепуск текучей среды в камеру распределения газа через конфузор и сопло входной камеры для ускорения ее потока, прохождение потока текучей среды через дроссель камеры распределения газа для последующего ускорения потока текучей среды и образования области разрежения, подачу сжатого газа в камеру распределения газа для его подсоса в область разрежения потока текучей среды, перепуск ускоренного потока текучей среды и газа в камеру смешивания для первичного смешивания текучей среды с газом, перепуск смеси текучей среды с газом в выходную камеру для замедления потока смеси и получения продукта, согласно изобретению дополнительно включает вращение динамического смесителя, расположенного в камере распределения газа, путем воздействия ускоренного потока текучей среды на внутренние лопасти при его прохождении через представляющее собой дроссель центральное осевое отверстие ступицы колеса смесителя, подачу сжатого газа в камеру распределения газа выполняют через тангенциальный патрубок для воздействия газа на наружные лопасти смесителя и последующего ускорения его вращения, подсос газа в область разрежения потока текучей среды осуществляют через межлопастные отверстия, соединяющие центральное осевое отверстие с полостями между наружными лопастями, для распределения его по периметру потока текучей среды, перепуск ускоренного потока текучей среды и газа в камеру смешивания производят с закруткой потока для распределения газа по поперечному сечению потока, перехода текучей среды в состояние насыщенного пара и вторичного смешивания текучей среды с газом, выполняют перепуск смеси паров текучей среды с газом из камеры смешивания в камеру конденсирования и затем в выходную камеру для осуществления в них конденсирования паров текучей среды и третичного смешивания текучей среды с газом.

Поставленная техническая проблема решается и указанный технический результат обеспечивается в части способа также за счет того, что в качестве текучей среды могут использовать напиток.

Поставленная техническая проблема решается и указанный технический результат обеспечивается в части способа также за счет того, что в качестве напитка могут использовать воду.

Поставленная техническая проблема решается и указанный технический результат обеспечивается в части способа также за счет того, что в качестве напитка могут использовать смесь воды с сиропом.

Поставленная техническая проблема решается и указанный технический результат обеспечивается в части способа также за счет того, что в качестве газа могут использовать диоксид углерода.

Поставленная техническая проблема решается и указанный технический результат обеспечивается в части устройства за счет того, что устройство для насыщения текучей среды газом, содержащее корпус с последовательно расположенными в нем входной камерой подачи текучей среды, камерой распределения газа, камерой смешивания текучей среды с газом и выходной камерой для выпуска продукта, причем входная камера выполнена в виде соединенных между собой цилиндрической части и конфузора, имеющего сопло, сообщающее входную камеру с камерой распределения газа, подключенной к источнику сжатого газа и снабженной дросселем, выполненным с площадью поперечного сечения, меньшей площади поперечного сечения сопла входной камеры, а выходная камера для выпуска продукта выполнена в виде диффузора, согласно изобретению снабжено динамическим смесителем текучей среды с газом, расположенным в камере распределения газа и выполненным в виде колеса, имеющего ступицу с центральным осевым отверстием, внутренними лопастями, размещенными в центральном осевом отверстии, наружными лопастями и межлопастными отверстиями, соединяющими центральное осевое отверстие с полостями между наружными лопастями, и камерой конденсирования паров текучей среды, расположенной в корпусе между камерой смешивания текучей среды с газом и выходной камерой для выпуска продукта, камера распределения газа подключена к источнику сжатого газа при помощи тангенциального патрубка, а ее дроссель выполнен в виде центрального осевого отверстия ступицы колеса динамического смесителя.

Поставленная техническая проблема решается и указанный технический результат обеспечивается в части устройства также за счет того, что колесо динамического смесителя может быть размещено на втулках скольжения, одна из которых установлена в каркасном кольце, а другая – в сопле входной камеры.

Поставленная техническая проблема решается и указанный технический результат обеспечивается в части устройства также за счет того, что отношение длины камеры смешивания к ее диаметру может составлять 5,3-5,4.

Поставленная техническая проблема решается и указанный технический результат обеспечивается в части устройства также за счет того, что отношение диаметра камеры конденсирования к диаметру камеры смешивания может составлять 1,3-1,4, а отношение длины камеры конденсирования к длине камеры смешивания может составлять 3,5-3,6.

Предлагаемая группа изобретений иллюстрируется приведенными ниже чертежами.

На фиг.1 представлено предлагаемое устройство для осуществления предлагаемого способа насыщения текучей среды газом.

На фиг.2 – вид Б фиг.1.

На фиг.3 – разрез А-А фиг.1.

На фиг.4 – разрез В-В фиг.1.

На фиг.5 – разрез Г-Г фиг.1.

Предлагаемое устройство для осуществления предлагаемого способа насыщения текучей среды газом содержит корпус 1 (фиг.1, 2) с последовательно расположенными в нем входной камерой 2 подачи текучей среды (фиг.3), камерой 3 распределения газа, камерой 4 смешивания, камерой 5 конденсирования и выходной камерой 6 для выпуска продукта и динамический смеситель 7 текучей среды с газом. Входная камера 2 выполнена в виде соединенных между собой цилиндрической части 8 и конфузора 9, имеющего сопло 10, сообщающее входную камеру 2 с камерой 3 распределения газа. Динамический смеситель 7 текучей среды с газом расположен в камере 3 распределения газа и выполнен в виде колеса, имеющего ступицу 11 (фиг.4) с центральным осевым отверстием 12, внутренними лопастями 13, размещенными в центральном осевом отверстии 12, наружными лопастями 14 и межлопастными отверстиями 15, соединяющими центральное осевое отверстие 12 с полостями между наружными лопастями 14. Камера 3 распределения газа подключена к источнику сжатого газа (не показан) при помощи тангенциального патрубка 16 (фиг.5) и снабжена дросселем, выполненным в виде центрального осевого отверстия 12 ступицы 11 колеса динамического смесителя 7 с площадью поперечного сечения, меньшей площади поперечного сечения сопла 10 входной камеры 2. Выходная камера 6 для выпуска продукта выполнена в виде диффузора.

Колесо динамического смесителя 7 размещено на втулках 17 скольжения, одна из которых установлена в каркасном кольце 18, закрепленном в корпусе 1, а другая – в сопле 10 входной камеры 2.

Отношение длины камеры 4 смешивания к ее диаметру предпочтительно составляет 5,3-5,4.

Отношение диаметра камеры 5 конденсирования к диаметру камеры 4 смешивания предпочтительно составляет 1,3-1,4, а отношение длины камеры 5 конденсирования к длине камеры 4 смешивания предпочтительно составляет 3,5-3,6.

Предлагаемый способ насыщения текучей среды газом осуществляют следующим образом.

Во входную камеру 2 корпуса 1 подают текучую среду. В качестве текучей среды используют, например, напиток, который может представлять собой воду или смесь воды с сиропом. Текучую среду перепускают в камеру 3 распределения газа через конфузор 9 и сопло 10 входной камеры 2 для ускорения ее потока за счет уменьшения площади поперечного сечения конфузора 9. Ускоренный поток текучей среды при его прохождении через представляющее собой дроссель центральное осевое отверстие 12 ступицы 11 колеса динамического смесителя 7 воздействует на внутренние лопасти 13, размещенные в центральном осевом отверстии 12, и обеспечивает вращение динамического смесителя 7, расположенного в камере 3 распределения газа. Поскольку дроссель выполнен с площадью поперечного сечения, меньшей площади поперечного сечения сопла 10 входной камеры 2, проходящий через него ускоренный поток текучей среды еще более ускоряется. В соответствии с законом Бернулли при увеличении скорости потока текучей среды давление резко уменьшается с образованием области разрежения. Также в камеру 3 распределения газа через тангенциальный патрубок 16 от источника сжатого газа (не показан) подают сжатый газ, например, диоксид углерода, который благодаря соответствующей направленности патрубка 16, воздействует на наружные лопасти 14 смесителя 7 для последующего ускорения его вращения. Далее через межлопастные отверстия 15, соединяющие центральное осевое отверстие 12 с полостями между наружными лопастями 14, газ поступает в область разрежения потока текучей среды и внутренними лопастями 13 и распределяется по периметру потока текучей среды. Затем ускоренный поток текучей среды и газа перепускают в камеру 4 смешивания, отношение длины которой к ее диаметру предпочтительно составляет 5,3-5,4, где происходит первичное смешивание (первая стадия смешивания) текучей среды с газом благодаря закрутке потока внутренними лопастями 13 смесителя 7 и равномерному распределению газа по поперечному сечению потока. Также в связи с резким уменьшением давления в потоке при его перепуске через дроссель в камеру 4 смешивания текучая среда переходит в состояние насыщенного пара, благодаря чему происходит вторичное смешивание (вторая стадия смешивания) паров текучей среды с газом. Далее смесь паров текучей среды с газом перепускают в камеру 5 конденсирования и затем в выходную камеру 6. В связи с тем, что отношение диаметра камеры 5 конденсирования к диаметру камеры 4 смешивания предпочтительно составляет 1,3-1,4, отношение длины камеры 5 конденсирования к длине камеры 4 смешивания предпочтительно составляет 3,5-3,6, а выходная камера 6 выполнена в виде диффузора, скорость потока в камере 5 конденсирования и затем в выходной камере 6 существенно уменьшается, давление в потоке возрастает, что обуславливает конденсирование паров текучей среды и третичное смешивание (третья стадия смешивания) текучей среды с газом с получением продукта, в виде газированного напитка.

Таким образом, осуществление описываемого способа с помощью предлагаемого устройства позволяет значительно увеличить площадь межфазной поверхности и тем самым повысить качество растворения газа в напитке. Последнее обуславливает улучшение связки напитка с равномерно распределённым в нем газом, что обеспечивает уменьшение расхода газа, возможность растворения газа в напитке при более высоких температурах, уменьшение вспенивания при розливе, а также делает напиток более «питким».

Группа изобретений относится к пищевой промышленности, в частности к способам и устройствам для насыщения текучей среды газом. Способ насыщения текучей среды газом включает подачу текучей среды во входную камеру корпуса, перепуск текучей среды в камеру распределения газа через конфузор и сопло входной камеры, вращение динамического смесителя, расположенного в камере распределения газа, подачу сжатого газа в камеру распределения газа через тангенциальный патрубок для воздействия газа на наружные лопасти смесителя, подсос газа в область разрежения потока текучей среды через межлопастные отверстия, соединяющие центральное осевое отверстие с полостями между наружными лопастями, перепуск ускоренного потока текучей среды и газа в камеру смешивания для первичного смешивания текучей среды с газом, перехода текучей среды в состояние насыщенного пара и вторичного смешивания паров текучей среды с газом, перепуск смеси паров текучей среды с газом в камеру конденсирования и затем в выходную камеру для замедления потока смеси и получения продукта. Также описано устройство для осуществления заявленного способа. Группа изобретений позволяет уменьшить расход газа, обеспечить возможность растворения газа в текучей среде при более высоких температурах, а также уменьшить вспенивание при розливе. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ насыщения текучей среды газом, включающий подачу текучей среды во входную камеру корпуса, перепуск текучей среды в камеру распределения газа через конфузор и сопло входной камеры для ускорения ее потока, прохождение потока текучей среды через дроссель камеры распределения газа для последующего ускорения потока текучей среды и образования области разрежения, подачу сжатого газа в камеру распределения газа для его подсоса в область разрежения потока текучей среды, перепуск ускоренного потока текучей среды и газа в камеру смешивания для первичного смешивания текучей среды с газом, перепуск смеси текучей среды с газом в выходную камеру для замедления потока смеси и получения продукта, отличающийся тем, что он дополнительно включает вращение динамического смесителя, расположенного в камере распределения газа, путем воздействия ускоренного потока текучей среды на внутренние лопасти при его прохождении через представляющее собой дроссель центральное осевое отверстие ступицы колеса смесителя, подачу сжатого газа в камеру распределения газа выполняют через тангенциальный патрубок для воздействия газа на наружные лопасти смесителя и последующего ускорения его вращения, подсос газа в область разрежения потока текучей среды осуществляют через межлопастные отверстия, соединяющие центральное осевое отверстие с полостями между наружными лопастями, для распределения его по периметру потока текучей среды, перепуск ускоренного потока текучей среды и газа в камеру смешивания производят с закруткой потока для распределения газа по поперечному сечению потока, перехода текучей среды в состояние насыщенного пара и вторичного смешивания текучей среды с газом, выполняют перепуск смеси паров текучей среды с газом из камеры смешивания в камеру конденсирования и затем в выходную камеру для осуществления в них конденсирования паров текучей среды и третичного смешивания текучей среды с газом.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве текучей среды используют напиток.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве напитка используют воду.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве напитка используют смесь воды с сиропом.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что в качестве газа используют диоксид углерода.

6. Устройство для насыщения текучей среды газом, содержащее корпус с последовательно расположенными в нем входной камерой подачи текучей среды, камерой распределения газа, камерой смешивания текучей среды с газом и выходной камерой для выпуска продукта, причем входная камера выполнена в виде соединенных между собой цилиндрической части и конфузора, имеющего сопло, сообщающее входную камеру с камерой распределения газа, подключенной к источнику сжатого газа и снабженной дросселем, выполненным с площадью поперечного сечения, меньшей площади поперечного сечения сопла входной камеры, а выходная камера для выпуска продукта выполнена в виде диффузора, отличающееся тем, что оно снабжено динамическим смесителем текучей среды с газом, расположенным в камере распределения газа и выполненным в виде колеса, имеющего ступицу с центральным осевым отверстием, внутренними лопастями, размещенными в центральном осевом отверстии, наружными лопастями и межлопастными отверстиями, соединяющими центральное осевое отверстие с полостями между наружными лопастями, и камерой конденсирования паров текучей среды, расположенной в корпусе между камерой смешивания текучей среды с газом и выходной камерой для выпуска продукта, камера распределения газа подключена к источнику сжатого газа при помощи тангенциального патрубка, а ее дроссель выполнен в виде центрального осевого отверстия ступицы колеса динамического смесителя.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что колесо динамического смесителя размещено на втулках скольжения, одна из которых установлена в каркасном кольце, а другая – в сопле входной камеры.

8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что отношение длины камеры смешивания к ее диаметру составляет 5,3-5,4.

9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что отношение диаметра камеры конденсирования к диаметру камеры смешивания составляет 1,3-1,4, а отношение длины камеры конденсирования к длине камеры смешивания составляет 3,5-3,6.