Сатуратор и регулятор давления для него

 

Изобретение относится к пищевой промышленности и предназначено для использования в гидросистемах сатураторов. В колонне 2 насыщения сатуратора имеется линия 14 дополнительного перемешивания между содержимым полости 16 и полости 17, а в колонне 3 стабилизации - линия 13 дополнительного перемешивания напитка, связывающая полость 25 с полостью 26. В гидросистеме сатуратора в линии 27 отвода готового напитка установлен регулятор 31 давления. Последний представляет собой дросселирующий редукционный клапан прямого действия с управляющей камерой 48 переменного объема, образованной в полости сильфона 47 и сообщенной с входной полостью 38 соединительным каналом 40. Запорный элемент 44 регулятора закреплен на одном конце штока 43, на другом конце которого закреплен диск 45 с центрирующим углублением на внешней поверхности, взаимодействующим со сферическим элементом 50, имеющимся на обращенной к нему внутренней поверхности стакана 49, нагруженного пружиной 51. Данное изобретение позволяет повысить производительность сатуратора, а также качество получаемого напитка путем повышения насыщения воды углекислым газом и равномерного перемешивания воды и сиропа. 2 c. и l з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано при изготовления высокопроизводительного оборудования для приготовления газированных напитков, а именно для гидросистем сатураторов.

Известны сатураторы, которые включают ряд последовательно расположенных емкостей-колонн: деаэрации - с вакуумным насосом в линии отвода воздуха, насыщения - с узлом насыщения воды углекислым газом, устройством смешивания газированной воды с сиропом и устройством розлива, и снабжены на гидравлических линиях клапанами, один из которых регулирует подачу напитка к устройству розлива (например, а.с. СССР N 1217330, кл. МКИ A 23 L 2/00, 1984 г). Недостатком таких сатураторов являются низкие показатели качества готового напитка из-за недостаточного насыщения воды углекислым газом в колонне насыщения и неравномерного перемешивания с сиропом в устройстве смешивания. Кроме того, на выходе готового напитка постоянно меняется давление насыщенной газом жидкости из-за разбора напитка, что приводит к сильному вспениванию готового напитка при его розливе и, как следствие, к нестабильной работе и снижению производительности сатуратора.

В гидросистеме известных сатураторов, как правило, имеются аппараты, предназначенные для прекращения подачи или осуществления подачи готового напитка к устройству розлива. Подобные аппараты выполняются в виде запорных клапанов, затвор которых имеет только два положения: "открыто" и "закрыто". В то же время для производительной работы сатуратора желательно иметь на выходе готового напитка регулятор, поддерживающий в выходной магистрали колонны стабилизации давление газированной и смешанной с сиропом воды на заданном постоянном уровне, что зачастую требует промежуточного положения запорного органа упомянутого регулятора. Кроме того, указанный регулятор должен обладать высокой надежностью и, по возможности, низкой стоимостью. Из теории известно, что таким требованиям в наибольшей степени отвечают дросселирующие редукционные клапаны прямого действия. Предназначенные для этой цели известные клапаны, как, например, клапан, выполненный в соответствии с описанием к патенту РФ N 2054137, МКИ 6 F 16 K 17/30, 1990 г, традиционно выполняются в виде корпуса с камерой давления и выходной полостью, разделенными запорным органом, контактирующим с выполненным в корпусе седлом и поджатым в сторону закрытия пружиной, опирающейся на выступы корпуса, и камерой управления, соединенной с выходной камерой и имеющей переменный объем и образованной податливым элементом - диафрагмой или сильфоном.

Техническим результатом, достигаемым при реализации заявляемого изобретения, является повышение производительности работы сатуратора и качества напитка путем повышения насыщения воды углекислым газом, повышения равномерности перемешивания воды и сиропа, а также стабилизации давления готового напитка при подаче его к устройству розлива.

Указанный технический результат достигается тем, что сатуратор снабжен установленным в линии выхода готового напитка регулятором давления, что приводит к улучшению процесса розлива напитка.

Кроме того, для улучшения качества напитка путем повышения насыщения воды углекислым газом колонна насыщения снабжена линией дополнительного перемешивания, имеющей насос и соединяющей газовую и жидкостную полости колонны, а для повышения равномерности распределения сиропа в объеме газированной воды колонна стабилизации также снабжена линией дополнительного перемешивания с насосом, соединяющей газовую и жидкостную полости этой колонны.

Регулятор давления, обеспечивающий поддержание постоянного давления в линии отвода готового напитка к устройству розлива, выполнен в виде дросселирующего редукционного клапана прямого действия, в корпусе которого имеются входная полость (камера давления) и выходная полость, разделенные нагруженным пружиной запорным элементом, закрепленным на штоке и контактирующим с седлом корпуса, и управляющая камера переменного объема, образованная, например, сильфоном, при этом отличием данного клапана является расположение промежуточного опорного элемента между пружиной и подвижной стенкой управляющей камеры, при этом подвижная стенка выполнена в виде диска, закрепленного на штоке оппозитно запорному элементу, а контактное соединение диска и промежуточного опорного элемента выполнено шарнирным с возможностью совершения угловых перемещений относительно оси элемента (и coocного с ним штока).

Подобное выполнение регулятора позволяет повысить его надежность за счет устранения влияния перекосов, вызванных неточностью изготовления и сборки его деталей.

Выполнение управляющей камеры в зоне, ограниченной внутренней областью сильфона, посредством расположения в корпусе канала, соединяющего камеру давления и камеру управления, а именно в области корпуса, ограниченной сильфоном, позволяет исключить действие давления насыщенной газом воды на корпус регулятора, что делает его безопасным для обслуживающего персонала в случае повреждения сильфона. Это также позволяет осуществлять изменение настройки давления регулятора без полной разборки регулятора и без необходимости остановки сатуратора.

Целесообразно в соответствии с изложенным, а также из соображений технологичности изготовления промежуточный опорный элемент выполнить в виде цилиндрического стакана со сферической опорой на внутренней поверхности дна, а на противоположном крае его цилиндрической стенки выполнить наружную отбортовку, с которой контактирует одной своей стороной пружина, а вторая ее сторона опирается на выступы корпуса, при этом на ответной поверхности диска выполнена контактно-центрирующая, преимущественно коническая поверхность, взаимодействующая со сферической опорой. Такая конструкция позволяет также повысить компактность регулятора, что имеет важное практическое значение при оснащении уже имеющихся сатураторов при модернизации последних в условиях ограниченного свободного пространства на трубопроводах.

В целях удобства регулировки при настройке рабочего давления клапана без необходимости остановки сатуратора целесообразно выступы на корпусе выполнить с возможностью осевых перемещений, для чего они выполняются в виде отдельного конструктивного элемента, соединенного с корпусом, например, посредством резьбы.

Проведенный информационный поиск позволил установить, что из уровня техники не известен сатуратор с деаэрационной колонной, колонной насыщения и колонной стабилизации, имеющий в составе своей гидросистемы регулятор давления, установленный в линии отвода готового напитка, обеспечивающий бесперебойную работу и повышение производительности сатуратора, а также наличие линии дополнительного перемешивания с насосом в колоннах насыщения и стабилизации, что позволяет улучшить качество готовою напитка. Кроме того, в известных конструкциях регуляторов давления в виде дросселирующего клапана прямого действия отсутствует указанное расположение промежуточною опорного элемента, размещенного в корпусе между пружиной и подвижной торцевой стенкой управляющей камеры, выполненной в виде закрепленного на штоке диска, герметично соединенного с сильфоном, при этом между промежуточным опорным элементом и упомянутым диском образовано контактно- шарнирное соединение. Также среди известных регуляторов не обнаружено конструкций, в которых управляющая камера была бы образована в области, изолированной от корпуса за счет размещения соединительного канала в области корпуса, ограниченной внутренней полостью сильфона. Отсутствие в сатураторе и регуляторе давления перечисленной совокупности существенных признаков позволяет сделать вывод о соответствии упомянутых объектов критерию патентоспособности "новизна".

Также в результате информационного поиска не было выявлено аналогов перечисленных объектов, имеющих в составе своей конструкции перечисленные существенные признаки, направленные на получение указанного технического результата, а именно: повышение производительности сатуратора и качества готового напитка, а также надежную работу клапана в составе сатуратора с одновременным повышением надежности и компактности его конструкции, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемых объектов критерию "изобретательский уровень".

Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображены: на фиг. 1 - принципиальная гидросхема сатуратора; на фиг. 2 - конструкция регулятора давления.

Сатуратор, выполненный согласно изобретению, состоит из колонны деаэрации 1, колонны насыщения 2 и колонны стабилизации 3, узла насыщения 4, устройства смешивания 5, линии отвода воздуха 6 с вакуумным насосом 7, линии подвода воды 8, линии подачи деаэрированной воды 9 в узел насыщения с насосом 10 подачи воды, линий подачи двуокиси углерода в узел насыщения 11 и в колонну насыщения 12, линии подачи насыщенной воды 13 из узла насыщения в колонну насыщения, линии дополнительного перемешивания 14 с насосом 15 подачи насыщенной воды из жидкостной полости 16 в газовую полость 17 колонны насыщения, линии подачи насыщенной воды 18 в устройство смешивания 5, линии подачи других компонентов 19, например сиропа, в устройство смешивания 5 с насосом 20, линии подачи смешанного напитка 21 в колонну стабилизации 3, линии подачи двуокиси углерода 22 в колонну стабилизации 3, линии дополнительного перемешивания напитка 23 с насосом 24 подачи смешанного напитка из жидкостной полости 25 в газовую полость 26 колонны стабилизации и линии отвода готового напитка 27. Установка имеет обратные электромагнитные клапаны 28 и 29, установленные в линии отвода воздуха из колонны деаэрации и в линии подачи углекислого газа 30. В линии отвода готового напитка 27 установлены запорный клапан и клапан регулирования давления 31 (регулятор давления) при подаче напитка к устройству розлива 32.

Колонна деаэрации 1 представляет собой герметичный сосуд, внутри которого находится решетка для распыления воды. Вакуумный насос 7 соединен с колонной деаэрации трубопроводом, имеющим обратный пневмоклапан. Колонна деаэрации снабжена вакуумметром, указателем уровня жидкости и датчиками для автоматического контроля уровня жидкости (не показаны).

Колонна насыщения 2 также представляет собой герметичный сосуд, снабженный трубопроводом для подачи углекислого газа с двумя пневмоклапанами, насосами для забора воды из колонны деаэрации, трубопроводом с насосом для дополнительного насыщения воды углекислым газом посредством перемешивания, пультом управления, обеспечивающим автоматическую работу установки (не показан). Колонна насыщения 2 снабжена предохранительным клапаном, манометром, датчиками и указателями уровня жидкости (не показаны), трубопроводом для отбора газированной воды.

Колонна стабилизации 3 также представляет собой герметичный сосуд, в который производится подача смешанного с сиропом напитка. Колонна стабилизации имеет предохранительный клапан, датчики и указатели уровня жидкости (не показаны), трубопровод 23 с насосом 24 для дополнительного перемешивания напитка, трубопровод 21 для подачи напитка в колонну, трубопровод 22 для подачи углекислого газа и трубопровод для отвода готового напитка с запорным клапаном и дополнительно установленным регулятором давления 31.

Устройство смешивания 4 представляет собой обычно применяемый в подобных установках дозирующий поршневой насос, имеющий от двух до четырех головок. Соотношение компонентов для приготовления напитка задается регулировкой хода поршней.

Регулятор давления, изображенный на фиг. 2, имеет следующие элементы, в сборе образующие его корпус: проставок 33 с крышкой 34, направляющую втулку 35 и основание 36. В направляющей втулке 35 корпуса выполнены входное отверстие 37, выходная полость 38, седло 39 и соединительный канал 40. В основании 36 выполнена выходная полость 41 с выходным отверстием 42. В направляющей втулке 35 смонтирован шток 43, к нижней части которого прикреплен запорный элемент 44, а к верхней - торцевая стенка, выполненная в виде диска 45. Запорный элемент отделяет входную полость 38 от выходной полости 41 и пропускает поток жидкости через проходное отверстие 46 между седлом и запорным элементом. Между диском 45 и направляющей втулкой 35 размещен сильфон 47, который герметично прикреплен к ним и образует управляющую камеру переменного объема 48. Через соединительный канал 40 управляющая камера 48 сообщается с входной полостью 38, при этом упомянутый канал расположен в зоне, охватываемой сильфоном 47, т.е. в пределах внутренней полости последнего. На наружной торцевой поверхности диска 45 имеется центрирующее углубление, предпочтительно коническое, на которое опирается промежуточный опорный элемент, выполненный в виде стакана 49, преимущественно цилиндрической формы, при помощи ответного опорного элемента 50, который может быть выполнен в виде полусферы или сферы и выполняет также роль центрирующею элемента. Стакан имеет наружную радиальную отбортовку, на которую опирается пружина 51, контактирующая с другой стороны с радиальными внутренними выступами, выполненными в виде резьбового регулировочного кольца 52, при помощи которого производится настройка регулятора на заданное давление жидкости на ее выходе из регулятора давления.

Сатуратор, выполненный согласно изобретению, работает следующим образом.

Отфильтрованная и охлажденная вода через трубопровод 8 под давлением порядка 0,2 МПа подается в колонну деаэрации 1. В верхней части колонны вода через решетку распыляется и опускается вниз. В колонне деаэрации при помощи вакуумного насоса 7 создается вакуум в пределах 0,05-0,06 МПа, благодаря чему из воды частично удаляются растворенные в ней газы (воздух). Деаэрированная вода собирается в нижней части колонны, где ее уровень автоматически поддерживается в определенных пределах при помощи датчиков давления. При превышении уровня воды выше верхнего датчика вентиль автоматически закрывается.

Насосом из колонны деаэрации 1 вода подается в узел насыщения 4 по линии 9. куда подается также углекислый газ по линии 11. Здесь происходит первичное насыщение воды углекислым газом, после чего по линии 13 она подается в колонну насыщения 2, где происходит дополнительное насыщение воды углекислым газом при прохождении ее через решетки.

Для получения воды с сильным насыщением CO₂ применяется дополнительная линия перемешивания 14, через которую идет прокачка воды насосом 15 из нижней жидкостной полости 16 колонны насыщения 2 в ее верхнюю газовую полость 17.

Для сатураторов, не имеющих колонны стабилизации 3, необходимые для создания напитка компоненты через дозатор подаются в колонну насыщения и из нее происходит отвод готового напитка.

Для сатураторов, имеющих колонну стабилизации, газированная вода подается по линии 18 в устройство смешивания 5, куда также подаются и другие компоненты, необходимые для приготовления напитка, например сиропа, по линии 19.

Из устройства смешивания по линии 21 напиток поступает в колонну стабилизации, которая имеет дополнительную линию 23 для перемешивания напитка, приводимую в действие насосом 24. В колонну стабилизации также подается углекислый газ по линии 22. По сигналу датчика уровня жидкости при заполнении колонны напитком включается отсечной клапан и напиток поступает в линию отвода 27, в которой установлен регулятор давления 31, который позволяет поддерживать постоянное давление на выходе при подаче напитка к устройству розлива 32.

Регулятор давления рассчитан на поддержание постоянного (заданного) давления на выходе P_вых при изменении давления жидкости на входе регулятора P_вх.

Регулятор работает следующим образом. Выходящая из сатураторной установки жидкость поступает через входное отверстие 37 во входную полость 38 и через соединительный канал 40 в полость 48 сильфона 47. Давление жидкости на поверхность запорного элемента 44 уравновешивается давлением жидкости на поверхность диска 45. Заданный зазор 46 между запорным элементом 44 и седлом 39 направляющей втулки 35 обеспечивается усилием пружины 51, что обеспечивает заданное выходное давление P_вых на выходе 42 жидкости. При увеличении давления жидкости на входе P_вх нарушается равновесие между силами давления, шток с запорным элементом и диском приходит в движении, происходит сжатие пружины 51. При этом зазор 46 между запорным элементом и седлом втулки уменьшается, что позволяет поддерживать на выходе заданное давление P_вых. При уменьшении давления P_вх усилием пружины шток с запорным элементом возвращается в исходное положение. Для изменения давления настройки необходимо отвинтить крышку 34 и, пользуясь специальным (но вполне обычным) ключом, повернуть регулировочное кольцо 52, изменив тем самым сжатие пружины 51. Подобные действия можно производить без остановки сатуратора.

Регулятор давления, установленный на выходе готового напитка, позволяет поддерживать постоянное давление при подаче напитка к устройству розлива независимо от колебания давления внутри сатуратора. Это способствует улучшению условий розлива напитка и повышению технологичности процесса.

Данный сатуратор позволяет получать одно- и многокомпонентные напитки с различной степенью насыщения: от слабо газированных до сильно газированных. Кроме того, сатуратор прост в управлении и обслуживании.

Формула изобретения

1. Сатуратор, содержащий последовательно установленные колонны деаэрации, насыщения и стабилизации, каждая из которых имеет газовую и воздушную полости, линию отвода воздуха из колонны деаэрации, линии подачи воды в колонны деаэрации и насыщения, узел насыщения воды углекислым газом, устройство смешивания газированной воды с сиропом, соединительные линии, линии подачи углекислого газа в узел насыщения, колонны насыщения и стабилизации, линию отвода готового напитка и установленные в упомянутых линиях клапаны, отличающийся тем, что он снабжен по меньшей мере одной дополнительной линией подачи углекислого газа для дополнительного перемешивания с установленным в ней насосом, соединяющей жидкостную и газовую полости колонны насыщения и/или стабилизации, при этом вход насоса соединен с газовой полостью соответствующей колонны, а клапан, установленный на линии отвода готового напитка, выполнен в виде регулятора давления.

2. Регулятор давления, содержащий корпус с входной и выходной полостями, разделенными закрепленным на штоке запорным элементом, нагруженным пружиной, опирающейся на промежуточный опорный элемент, и сообщенную с входной полостью соединительным каналом управляющую камеру переменного объема с подвижной торцевой стенкой, с которой связан ограничивающий объем управляющей камеры сильфон, отличающийся тем, что промежуточный опорный элемент размещен в корпусе между пружиной и подвижной торцевой стенкой управляющей камеры и контактирует с ними, при этом упомянутая стенка выполнена в виде диска, жестко закрепленного на штоке оппозитно запорному элементу и герметично соединенного с сильфоном, а промежуточный опорный элемент выполнен в виде стакана, на открытой части которого выполнены радиальные наружные выступы, например, в виде кольцевой отбортовки, с которыми взаимодействует пружина, а внутренняя стенка дна стакана контактирует с обращенной к ней поверхностью диска, причем упомянутое контактное соединение выполнено таким образом, что обеспечивает угловые перемещения последнего относительно его оси.

3. Регулятор по п.2, отличающийся тем, что соединительный канал в корпусе, связывающий входную полость и управляющую камеру, расположен внутри области корпуса, ограниченной сильфоном.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2