Способ одновременного насыщения углекислотой и охлаждения жидкости и устройство для его осуществления

 

Использование: для насыщения углекислотой и охлаждения жидкости, например напитков. Сущность: способ заключается в введении при повышенном давлении диоксида углерода под поверхность жидкости для его расширения и растворения в жидкости, при этом нерастворившийся в жидкости диоксид углерода принудительно рециркулируют в компрессор, а затем в холодильник, из которого сжатый и охлажденный диоксид углерода вводят под поверхность жидкости. Устройство содержит контейнер 1 с входным отверстием 2 для подачи жидкости, входную трубу 3 для впуска под высоким давлением диоксида углерода и трубы 4 для заправки диоксида углерода, причем в днище контейнера 1 имеется также отверстие 5 для слива газированной жидкости, а в верхней части - труба 6 для рециркуляции диоксида углерода. 2 с. и 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способу для насыщения углекислотой и охлаждения жидкости, в частности напитков, при этом диоксид углерода под высоким давлением вводят в жидкость и оставляют в объеме жидкости для распространения и растворения. Изобретение также касается устройства, позволяющего осуществлять этот способ, указанное устройство включает замкнутый сосуд, входное отверстие для жидкости, открывающееся в сосуд, впускное отверстие для подачи диоксида углерода, открывающееся в сосуд над поверхностью жидкости, отверстие для слива карбонизованной жидкости, и отвод, расположенный над поверхностью жидкости для рециркуляции диоксида углерода, не растворившегося в жидкости, из сосуда.

Известно много различных способов и устройств для насыщения жидкостей диоксидом углерода, согласно которым диоксид углерода при относительно низком давлении через пористые диффузоры вводят под поверхность жидкости для того, чтобы предотвратить вспенивание поверхностного слоя жидкости и способствовать растворению в объеме жидкости. Жидкость затем впрыскивают в атомизированном виде в объем нерастворенного в жидкости диоксида углерода, расположенного над поверхностью жидкости для того, чтобы за счет этой процедуры увеличить количество диоксида углерода, растворенного в жидкости. С помощью насоса откачивают диоксид углерода из объема, содержащего нерастворенный диоксид углерода и вновь вводят его под поверхность жидкости. Охлаждение жидкости осуществляется за счет охлаждающего контура, расположенного в объеме жидкости или снаружи сосуда.

Таким образом, известные способы для своего осуществления нуждаются в системе для циркуляции диоксида углерода, также как и в охлаждающем контуре, и поэтому дороги и громоздки.

В патенте США N 4022119 описан способ и устройство для одновременного насыщения углекислотой и охлаждения жидкости, использующий расширяющийся диоксид углерода. Диоксид углерода хранят в танке, из которого его вводят через поднимающееся вверх отверстие в днище сосуда, в котором проводят насыщение диоксидом углерода, куда также подают и жидкость, которая должна быть насыщена диоксидом углерода. Жидкость, насыщенная диоксидом углерода, вытекает через край открытого сосуда и попадает в наружный сосуд через отверстие, в днище которого она подается в контейнеры для дальнейшего использования. В этом известном способе, приспособленном для промышленного широкомасштабного производства, охлаждение с расширением объема СО₂ направлено лишь на достижение одной цели сделать возможным растворение большого количества диоксида углерода, чем это возможно иным способом.

Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать новый способ и новое устройство для насыщения углекислотой и охлаждения жидкостей, указанное устройство содержит только один циркулирующий контур, что делает это устройство более простым и дешевым. В частности, устройство может быть использовано для получения охлажденной, насыщенной диоксидом углерода жидкости, в домашних условиях, в офисах и т.п. т.е. там, где необходимо устройство, занимающее небольшое пространство и работающее быстро и эффективно.

Для достижения подобного рода целей это изобретение изложено в виде следующей формулы, представляющей его суть.

На чертеже представлено предлагаемое устройство.

В вертикальной стенке замкнутого контейнера 1 имеется входное отверстие 2 для подачи жидкости, например, воды, а в днище имеется входная труба 3 для впуска под высоким давлением диоксида углерода в жидкость и труба 4 для заправки диоксидом углерода. В днище контейнера также имеется отверстие 5 для слива газированной жидкости. Из верхней части контейнера выходит трубка 6 для рециркуляции диоксида углерода.

Труба 6 для рециркуляции связана с компрессором 7, который связан через холодильник 8 с трубопроводом высокого давления 3.

После завершения подачи жидкости через трубу 2 в объем 9 контейнера и после впрыскивания диоксида углерода через трубу 4 для заправки над поверхностью жидкости образуется объем 10 нерастворившегося в жидкости диоксида углерода.

Известным образом нерастворенный диоксид углерода, собравшийся в объеме 10, возможно через регулятор влажности 11, рециркулирует через трубу для рециркуляции 6 в контейнер 1. Этот процесс осуществляют с помощью компрессора 7, который должен иметь возможность поднимать в значительной степени давление диоксида углерода от примерно 0,7-1 МПа до предпочтительно 6,5 МПа или более, т.е. до давления, под которым диоксид углерода подается в жидкость. В процессе компрессии температура диоксида углерода значительно повышается (до примерно 250^оС). Поэтому удобно разделить процесс компрессии на две стадии, использовав для этих целей двухстадийный компрессор с применением охладителя (холодильника). В любом случае диоксид углерода, находящийся после компрессии в нагретом состоянии, охлаждают в холодильнике, после чего диоксид углерода предпочтительно в жидком состоянии через трубопровод 6 и ограничительное сопло 12 вводят в объем жидкости 9 и оставляют там его расширяться и трансформироваться в парообразную фазу.

Согласно настоящему изобретению, понижение температуры, происходящее в результате расширения в огpаничительном сопле 12, используют для охлаждения жидкости, одновременно с прохождением газообразного диоксида углерода к поверхности жидкости происходит растворение диоксида углерода в жидкости и ее газирование.

Устройство также содержит средство, которое не показано на чертеже, которое позволяет осуществлять заправку жидкости через трубу 2, выход которой находится над поверхностью жидкости в предпочтительном варианте осуществления изобретения, также не показано на чертеже средство, способствующее подаче диоксида углерода в систему через трубу 4, в тех случаях, когда это бывает необходимым.

Устройство согласно настоящему изобретению, используемое для газирования насыщения диоксидом углерода и охлаждения напитков, например, установка для приготовления лимонадов, обеспечивает значительные преимущества в сравнении с такими устройствами, в которых имеются два различных циркулирующих контура: один для насыщения углекислотой, а второй контур для охлаждения системы. Были проведены испытания разработанного способа и устройства с использованием сжиженного диоксида углерода из баллона. Температура диоксида углерода была равна примерно +20^оС, его впрыскивали в 3 литра воды, которая также находилась при температуре примерно +20^оС. При скорости подачи диоксида углерода примерно 100 г/мин было достигнуто снижение температуры объема воды, равное 6,3^оС/л мин, что соответствует величине охлаждающего эффекта, равного -0,53^оС/см³ с на 200 мл. Это в свою очередь означает, что система теоретически способна охладить стакан объемом 200 мл с напитком при +15 до +5^оС менее чем за 20 с. Поскольку обычная водопроводная вода имеет температуру примерно +10^оС, то 200 мл такой воды можно охладить до +5^оС менее чем за 10 с. Одновременно при этом происходит насыщение углекислотой за несколько секунд.

Формула изобретения

1. Способ одновременного насыщения углекислотой и охлаждения жидкости, заключающийся во введении при повышенном давлении диоксида углерода под поверхность жидкости для его расширения и растворения в жидкости, отличающийся тем, что нерастворившийся в жидкости диоксид углерода принудительно рециркулируют в компрессор, а затем в холодильник, из которого сжатый и охлажденный диоксид углерода вводят под поверхность жидкости.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что диоксид углерода сжимают до жидкого состояния.

3. Устройство для одновременного насыщения углекислотой и охлаждения жидкости, состоящее из замкнутого сосуда, образованных в нем впускных отверстий для подачи жидкости, трубопровода для подачи диоксида углерода и выпускного отверстия для выдачи газированной жидкости, отличающееся тем, что оно снабжено рециркуляционным трубопроводом для забора нерастворившегося в жидкости диоксида и подачи его к последовательно установленным в нем компрессору и холодильнику, при этом один конец трубопровода соединен с сосудом над поверхностью жидкости, а другой - под поверхностью жидкости для подачи диоксида углерода под ее поверхность.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что трубопровод для подачи диоксида углерода сообщен с сосудом под поверхностью жидкости.

РИСУНКИ

Рисунок 1