Сатуратор для получения газированной воды Советский патент 1993 года по МПК B01D47/00 A23L2/00 

Изобр етение относится к системе сату- рирования и предназначено для получения газированной воды либо на земле, либо в условиях пониженной силы тяжести космического пространства. Данная система сату- рирования не требует четкого фазового разделения жидкость-газ при ее работе.

Целью изобретения является повышение надежности работы.

На фиг. 1 изображена схематическая диаграмма подсистемы сатурирования; на фиг. 2 - схематическая диаграмма подсистемы фиг. 1, показывающая систему сатурирования в момент дозирования газированной воды из емкости для выдерживания; на фиг. 3 - схематическая диаграмма подсистемы фиг. 1, показывающая систему сатурирования настоящего изобретения в момент дозирования газированной воды из второй емкости для выдерживания; на фиг. 4 и 5 схематические диаграммы подсистемы фиг. 1, показывающие систему сатурирования настоящего изобретения в момент перезаполнения емкостей для выдерживания водой и двуокисью углерода; на фиг. 6-8 - схематические диаграммы подсистемы фиг. 1, показывающие систему сатурирования настоящего изобретения в момент смешивания воды с двуокисью углерода с получением газированной воды; на фиг. 9 - схематическая диаграмма подсистемы фиг. 1, показывающая систему сатурирования настоящего изобретения в момент прекращения дозирования газированной воды из одной из емкостей и начала дозирования газированной БОДЫ из другой емкости для выдерживания; на фиг. 10 - схематическая диаграмма подсистемы фиг. 1, показывающая систему сатурирования настоящего изобретения в момент перезаполнения од00

VJ VI о ю

00

31817702 4

ной из емкостей для выдерживания; на фиг.случае с емкостью 1, в емкости 2 для газиро11 - схематическая диаграмма системы са-вания и хранения вода и двуокись углерода

турировэния настоящего изобретения.содержатся в течение времени и под давлеСатуратор для получения газированнойнием, достаточном для образования газироводы содержит две цилиндрические емко- 5ванной воды. После образования

сти 1 и 2 для газирования и хранения воды,газированной воды ее дозируют из емкости

разделенные на две части, соответственнодля газирования и хранения 2 через трубопсекции: 3,4,5 и 6. Каждая из емкостей снаб-ровод 49. Емкость 2 тоже имеет во второй

жена мешалкой, соответственно 7 и 8, и .части 5 ввод 47 для двуокиси углерода.

разделены на две части посредством по- 10На фиг. 1 показана система подсоединедвижной мембраны 9 и 10. Сатуратор имеетний к дозирующему устройству, между дозидозирующее устройство 11 двойного деист-рующим устройством и емкостями для

вия, представляющее собой цилиндриче газирования и хранения воды оттрубопроский сосуд 12, снабженный фиксированнойводов из емкостей для газирования и хранеперегородкой 13, выполненной с возможно- 15ния воды. Действие трубопроводной

стью деления цилиндрического сосуда насистемы более подробно разъяснено ниже.

две камеры 14 и 15. Дозирующее устройствоВ системе трубопроводов предусмотрен

снабжено дозирующей поршневой смете-ряд клапанов. К этим клапанам относится

мой 16с проходящим через фиксированнуюклапан 42 перед вводом 38 для воды, клапан

перегородку штоком 17 и ортогонально ук- 2044 перед вводом 40 для двуокиси углерода,

репленными на концах последнего дискамиклапан 45 перед вводом 41 для двуокиси

18 и 19, обеспечивающими деление каждойуглерода и клапан 43 перед вводом 39 для

из камер на первую и вторую секции 20 и 21.воды дозирующего устройства. Также покаКаждая первая из секций предназначенаэаны клапан 30 после вывода 22 для воды,

для хранения воды, а каждая вторая-угле- 25клапан 31 после вывода 24 для двуокиси

кислого газа, причем каждая из двух камеруглерода, клапан 32 после вывода 25 для

связана с первыми частями соответствую-двуокиси углерода и клапан 33 после вывода

щих емкостей для газирования и хранения23 для воды дозирующего устройства. Певоды трубопроводами 22-29 с запорнымиред емкостью 1 для выдорживания показан

клапанами 30-37, осуществляющими под- 30клапан 34 перед вводом 26 для воды, а также

ачу в каждую из первых частей емкостейпоказан клапан 35 перед вводом 27 для двуводы и углекислого газа. Кроме того, каждаяокиси углерода. Емкость 2 также снабжена

из двух камер 14 и 15 подсоединена посред-клапаном 36 перед вводом 29 для двуокиси

ством трубопроводов 38,39 и 40,41 с запор-углерода и клапаном 37 перед вводом 28 для

ными клапанами 42, 43 и 44, 45 к линиям 35воды. Клапаны 50 и 51 после выводов из

подачи в камеры соответственно воды и уг-емкостей 1 и 2 для газирования и хранения

лекислого газа. Каждая вторая часть 3, 5воды соответственно.

емкостей для газирования и хранения водыСхематическая диаграмма подсистемы

снабжена дополнительными трубопровода-фиг. 1 показана на фиг. 11 (заключена в

ми 46, 47 подачи углекислого, газа для сме- 40пунктирную линию). На фиг. 11 источник

щения подвижных мембран 9, 10, аводы для системы сатурирования обозначен

трубопроводы 48, 49. с запорными клапана-цифрой 56. Вода из источника 56 поступает

ми 50, 51 выдачи газированной воды уста-в насос 57, из которого затем подается под

новлены в каждой из первых частейдавлением50 psig(3,52 эти) в накопитель58.

емкостей для газирования и хранения воды. 45Вода из накопителя 58 через ввод 38 постуКроме того, в каждой из емкостей предус-пает в камеру 14 и через ввод 39 для воды

мотрены датчики 52, 53 верхнего и датчикипоступает в камеру 15. На фиг. 11 также

54,55 нижнего уровней. . .показан источник двуокиси углерода 59, из

Вода в первую часть 4 емкости для гази-которого двуокись углерода поступает в рерования и хранения воды поступает через 50гулятор 60 и регулятор 61. Из регулятора 60

трубопроводы 26, а двуокись углерода по-двуокись углерода поступает в ввод 40 для

ступает через трубопровод 27. Вода и дву-COz камеры 14 и ввод 41 для С02 камеры 15

окись углерода содержатся в первой части вдозирующего устройства. Двуокись углеротечение времени и под давлением, доста-да поступает в дозирующее устройство под

точном, для образования газированной во- 55давлением 23, 52 psig (1.6.5 ати). Из регуляды, которую дозируют через трубопроводтора 61 двуокись углерода поступает во вто48. Дополнительная емкость 2 для газирова-рые секции 3, 5 соответственно емкостей 1

ния и хранения воды также имеет в первойи 2 для.газирования и хранения под давлечасти 6 трубопровод 28 для.воды и трубоп-нием 30 psig (2,1 ати). На фиг, 11 показан

ровод 29 для двуокиси углерода. Как ивтакже дозатор 62, в который поступает газиг

рованная вода из емкостей 1 и 2 для газирования и хранения.

На фиг. 1 обе емкости 1 и 2 для газирования и хранения воды заполнены газированной водой. Поскольку газообразная двуокись углерода находится во вторых секциях 3, 5 под давлением 30 psig (2,1 ати), подвижные мембраны 9, 10 перемещаются ПВРПХ. Поскольку давление насыщения воды при40°Р (4,5°С), карбонизированной до 2,6 объемов, равно 12 psig (0,84 эти), давление в 30 psig (2,1 ати) значительно превышает давление насыщения. Таким образом, гарантируется карбонизация раствора.

На фиг. 2 клапан 50 открыт и газирован- ная вода поступает в дозатор 62. Давление двуокиси углерода в 30 psig (2,1 ати) во второй секции 5 емкости 2 создает силу, достаточную для движения мембраны 10 вверх. В результате воды выталкивается из емкости 2 и, как следствие, происходит уменьшение объема первой секции 6 емкости 2.

На фиг. 3 подвижная мембрана 10 емкости 2 достигает датчика 53 положения верх- него уровня. Этот датчик вызывает закрытие клапана 50 и емкость 2 считается пустой. Одновременно открывается клапан 51 с выпуском из емкости 1 содержащейся в нем газированной воды. В результате этого происходит непрерывное поступление газированной воды в дозатор 62. Давление двуокиси углерода во второй секции 3 емкости 1 движет подвижную мембрану 9 вверх с уменьшением в результате объема первой секции 4 емкости 1.

По мере удаления газированной воды .из емкости 1 для газирования и хранения емкость 2 должна быть перезаполнена. Эта операция осуществляется согласно фиг. 4- 6. Для перезаполнения емкости 2 для гази- рования и хранения открывают клапан 42 с поступлением под давлением 50 psig (3,52 ати) воды в первую секцию 21 камеры 14. Клапан 45 также открыт с поступлением под давлением 23,52 psig (1,65 ати) во вторую секцию 20 камеры 15. Одновременно открываются клапаны 31 и 36 для поступления двуокиси углерода из второй секции 21 камеры 14 в первую секцию 6 емкости 2. Кроме того, открываются клапаны 33 и 37 для одновременного поступления воды из первой секции 20 камеры 15 в первую секцию 6 емкости 2. Общая сила воздействия на до- зирующую поршневую систему 16 заставляет поршень двигаться слева направо, что указано стрелками 64 на фиг. 4. В результате такого движения вода и двуокись углерода из дозирующего устройства (или накачивающих приспособлений двойного действия) поступает в емкость 2 для газирования и хранения воды. Вода поступает в емкость через ввод 28 в то время, как двуокись углерода поступает через ввод 29. По мере поступления в первую секцию 6 емкости 2 для газирования и хранения воды и двуокиси углерода подвижная мембрана (или поршень) движется вниз.

По окончании движения дозирующей поршневой системы 16 слева направо, клапаны 42, 45, 32 и 33 закрываются. Как показано на фиг. 5, открывается клапан 43 с поступлением под давлением 50 psig (3,52 ати) воды в первую секцию 20 камеры 15. Одновременно также открывается клапан 44 с поступлением под давлением 23,52 psig (1,65 ати) двуокиси углерода во вторую секцию 21 камеры 14. Одновременно открываются клапаны 30 и 32 с поступлением воды из первой секции 18 камеры 14 и двуокиси углерода из второй секции 20 камеры 15 в первую секцию емкости 2 для газирования и хранения воды. В ходе этой операции клапаны 36 и 37 остаются открытыми, таким образом обеспечивается поступление в первую секцию 6 емкости 2 все большего количества воды и двуокиси углерода. В результате этого подвижная мембрана 10 все дальше перемещается вниз. По мере протекания операции по заполнению емкости 2 в емкости 1 продолжается удаление содержащейся в первой секции 4 газированной воды, поскольку клапан 51 остается открытым. Вода и двуокись углерода, поступающие в дозирующее поршневое устройство 11 через вводы 39 и 40, заставляют двигаться дозирующую поршневую систему 16 справа налево, что показано стрелкой 64.

После достаточного числа полных дозирующих циклов (например, пяти дозирующих циклов) все клапаны за исключением клапана 51 закрыты, как показано на фиг. 6. Дозирующий цикл состоит из движения дозирующей поршневой системы 16 слева направо с последующим возвратным движением поршневой системы в первоначальное положение. На фиг. 6 показана ем- кость 2 для газирования и хранения воды с содержащимися в нем после пяти движений водой и двуокисью углерода. Вся двуокись углерода первоначально находится в виде свободных пузырьков. Давление двуокиси углерода во второй секции 5 30 psig (2,1 ати). Это давление превышает давление насыщения воды двуокисью углерода до 2,6 объемов при 40°F (4,5°C). Под действием давления подвижная мембрана 10 начинает медленно двигаться вверх к верхней части емкости. В результате этого в первой секции 6 емкости 2 происходит переход двуокиси углерода в раствор. Для ускорения этого

процесса предусмотрена также мешалка 8. По мере перехода двуокиси углерода в раствор из емкости 1 продолжает поступать газированная вода.

Из фиг. 7 видно, что все большее и большее количество двуокиси углерода переходит в раствор в первой секции 6 емкости 2. Подвижная мембрана 10 продолжает движение вверх под действием давления двуокиси углерода во второй секции 5.

Как видно из фиг. 8, после достижения подвижной мембраной положения датчика 55 нижнего уровня вся свободная двуокись углерода оказывается переведенной в раствор. Вода в емкости 2 в полной мере карбонизирована и готова к поступлению в раздаточное устоойство после того, как емкость 1 для газирования и хранения-воды станет пустой. Предполагается, что вместо датчика уровня может быть использован таймер для определения момента перехода двуокиси углерода в раствор.

На фиг. 3 емкость 1 для газирования и хранения воды пуста и клапан 51 закрыт в момент достижения подвижной мембраной 9 положения датчика 52 верхнего уровня. Клапан 50 может быть сразу же открыт для перекачивания газированной воды из первой секции 6 емкости 2 в распределительное устройство 62 с обеспечением непрерывного потока газированной воды. Давление двуокиси углерода во второй секции 5 емкости 2 заставляет подвижную мембрану 10 двигаться вверх с вытеснением содержащейся в ней газированной воды.

По мере удаления газированной воды из емкости 2 происходит перезаполнение ёмкости 1, что показано на фиг. 10. Клапаны 42, 45, 31. 33. 34 и 35 открыты. При поступлении воды в первую секцию 21 камеры 14 через ввод 38 для воды и поступлении двуокиси углерода во втррую секцию 20 камеры 15 через ввод 41 для двуокиси углерода дозирующее поршневая система 16 движется в направлении, указанном стрелкой 64. В результате такого движения происходит поступление воды из первой секции 20 камеры 15 через ввод 26 емкости 1. Кроме того, происходит поступление двуокиси углерода из второй секции 21 камеры 14 через ввод 27 емкости 1. По мере поступления воды и двуокиси углерода в первую секцию 4 емкости 1 подвижный поршень 9 движется вниз. Этапы заполнения емкости 1 по существу аналогичны этапам, указанным для заполнения емкости 2 на фиг. 4-5. После введения целевого количества двуокиси углерода и воды в первую секцию 4 вода и двуокись углерода выдерживаются в первой секции 4 емкости 1 в течение времени и под давлением при перемешивании, достаточных для сатурирования воды. Этот признак аналогичен схеме, показанной на фиг. 6-8 для емкости 2. Таким образом, газированная вода

образуется в одной из емкостей 1 или 2 в то время, как из другой емкости происходит удаление уже образовавшейся газированной воды. Такая схема позволяет непрерывно получать газированную воду.

0 В качестве образца показателей, иллюстрирующих работу сатуратора, приведены следующие данные: Целевой уровень сатурации 2,6 об. % Температура воды (во всей

5 системе) 40°F(4,5°C) Давление насыщения 12 pslg (0,84 эти) Объем воды, подаваемой в емкость для выдерживания из дозирующего устройства

0 в ходе одного движения (примечание: два движения образуют цикл) 10 дюйм3(164 см3) Обьем С02, подаваемой в емкость для выдерживания из

5 дозирующего устройства в . ходе одного движения 10 дюйм3 (164 см3) при . 23,52 pslg (1,65 эти), что равно 26 дюйм3(426 см3)

0 Объем емкости для выдерживания между датчиками положения 100 дюйм3(1640см3) Число циклов, необходимых для заполнения емкости для

5 выдерживания5

Сатуратор может быть использован в условиях пониженной силы тяжести космического пространства, а также и на земле. Также предполагается, что в сатураторе мо0 жет быть использована только одна емкость или более двух емкостей для выдерживания. В данном сатураторе может быть обработан любой другой раствор

Формула изобретения

5 1. Сатуратор для получения газированной воды, содержащий цилиндрическую емкость, разделенную на две части, для газирования и хранения воды, систему трубопроводов с запорными клапанами подачи

0 воды, углекислого газа и выдачи газированной воды, и мешалку, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в работе, он оснащен дозирующим устройством двойного действия и дополнительной

5 емкостью для газирования и хранения воды, при этом обе емкости разделены на две части посредством подвижной мембраны, а дозирующее устройство двойного действия представляет собой цилиндрический сосуд, снабженный фиксированной перегородкой,

выполненной с возможностью деления цилиндрического сосуда на две камеры, и дозирующей поршневой системой, с проходящим через фиксированную перегородку штоком и ортогонально укрепленными на концах последнего -дисками, обеспечивающими деление каждой из камер на первую и вторую секции, каждая первая из секций предназначена для хранения воды, а каждая вторая - углекислого газа, причем каждая из двух камер связана с первыми частями соответствующих емкостей для газирования и хранения воды трубопроводами с запорными клапанами для подачи в каждую из первых частей воды и углекислого газа и подсоединена посредством трубопроводов с запорными клапанами к линиям подачи в камеры воды и углекислого газа, при этом каждая вторая часть емкостей для газирования и хранения воды

снабжена дополнительными трубопроводами подачи углекислого газа для смещения подвижных мембран, а трубопроводы с запорными клапанами выдачи газированной воды установлены в каждой из первых частей емкостей для газирования и хранения воды.

2. Сатуратор по п. 1, отличающий- с я тем, что мешалка установлена в первой части каждой из емкостей для газирования и хранения воды.

Назначение: сатурирование напитков в условиях космического пространства и земного притяжения. Сущность: сатуратор состоит из дозирующего устройства и двух емкостей для газирования и хранения воды. Дозирующее устройство действует как насос двойного действия с одновременным накачиванием воды и двуокиси углерода в одну из двух емкостей для выдерживания, каждая из которых служит как насос единичного действия. В этих емкостях воду и двуокись углерода выдерживают под давлением для образования газированной воды. Из одной из емкостей происходит удаление образовавшейся газированной воды в раздаточное устройство. После опорожнения этой емкости может происходить удаление газированной воды из второй емкости. После этого первая емкость для выдерживания может быть с помощью дозирующего устройства перезаполнена двуокисью угле-- рода и водой. 11 ил.

сог 1зо

Фиг.1CM

о

r

i-

со

1Л

V

23.52

г-

С(2 Gog

X

3

3

С70Ј

HZO

50

i

/

50 /-с4-

/О

Ј

&/г.

so «г

W , С0г

IS

n

51

42гт

Ы

4J

)J

20

. U $6

нго+сог

ъ

сог

ФигЛ

1151

,-х- Сиг СО г

51

1

I fioi

Фи г. 5

Н20

«У 33

57

Ј:

Г

оо

А

со

Ч

I-СхЈч

If;.1

J

cvi. ,

М МТ

5 L.

ъ или

3

V

чл

0№Ф

01

г

I

9

0Ј

&

01 r

U

0Ј 01H

M

.

W

огн

Of,

a

92A,

/

L

lЈ

X

..

a

0Ј 103

OS ОгН

8Ј

«

ОЦ

001 OS

vouw