САТУРАЦИОННЫЙ КАНАЛ ДЛЯ СМЕШИВАНИЯ ГАЗА И НАПИТКА И СПОСОБ САТУРАЦИИ
SATURATION CHANNEL FOR MIXING GAS AND BEVERAGE AND METHOD OF SATURATION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к сатурационному каналу и способу сатурации. А именно, настоящее изобретение относится к сатурационному каналу и способу сатурации, позволяющим повысить растворимость газа в напитке.
2
Способы сатурации и сатурационные каналы, известные в данной области, неизбежно обуславливают поддержание постоянного давления в сатурационном котле с целью сохранения постоянного объема СО в напитке.
2
2
Причина в том, что в способах сатурации и сатурационных каналах, известных в данной области, все переменные: (i) температура напитка, (ii) расход напитка, (iii) расход СО во впускной части сатурационного канала и (iv) конфигурация сатурационного канала связаны друг с другом и обуславливают постоянство величины объема СО в напитке.
2
В способе сатурации, предлагаемом в настоящем изобретении, когда напиток поступает в сатурационный котел, и давление внутри котла начинает расти (принимая во внимание, что выпускной клапан котла закрыт), приращение давления регулируют путем управления расходом СО (регулируемого закрытия) в сатурационном канале, плавно регулируя степень открытия клапана.
2
С другой стороны, в предлагаемом способе, если давление в котле уменьшается, то падение давления компенсируют путем увеличения расхода СО, подаваемого в сатурационный котел.
2
2
Другими словами, если давление в котле увеличивается, клапан плавного регулирования закрывают (расход СО в трубке Вентури уменьшается). В обычных способах, известных в данной области, когда давление в котле увеличивается, СО выбрасывают в атмосферу.
2
2
В соответствии со способом настоящего изобретения, СО не выбрасывают, все изменения давления в котле непрерывно компенсируют путем управления расходом СО в сатурационном канале сатурационного котла.
2
Кроме того, в предлагаемом сатурационном канале, в области, расположенной рядом с узлом впуска газа, используется турбулизатор, обеспечивающий эффективное турбулентное движение между напитком и СО.
2
2
В уже известных каналах для создания области высокого давления с целью смешивания СО и напитка используются насосы высокого давления. Кроме того, в этих каналах происходит процесс, в соответствии с которым для достижения заданного объема СО требуется несколько стадий, что приводит к получению слишком взболтанного напитка, из-за чего процесс розлива напитка становится неэффективным.
Кроме того, в известных сатурационных каналах площадь канала уменьшается подобно бутылочному горлу. В соответствии с настоящим изобретением, площадь канала уменьшается за счет введения в канал детали из нержавеющей стали, обеспечивающей увеличение площади контакта между напитком и газом.
Если расход напитка поддерживается постоянным, а площадь сатурационного канала уменьшается, скорость напитка по мере прохождения через суженную область увеличивается. Следовательно, если кинетическая энергия увеличивается, энергия, определяемая величиной давления, значительно уменьшается.
2
Из-за падения давления в суженной области сатурационного канала, предлагаемого настоящим изобретением, возникает разрежение. Этот принцип используется в предлагаемом сатурационном канале для введения в канал СО.
Несмотря на то, что падение давления благоприятствует перемешиванию между газом и напитком, для улучшения перемешивания и обеспечения высокой эффективности способа в предлагаемом сатурационном канале, в суженной области канала, используется турбулизатор.
2
2
2
Одно из основных преимуществ предлагаемого сатурационного канала обеспечивается тем, что разность давлений между впуском и выпуском сатурационного канала лежит в диапазоне от 10% до 20%. Это означает, что давление на впуске канала, равное 2,0 кг/см, на выпуске канала снижается до величины от 1,6 кг/см (максимальное уменьшение) до 1,8 кг/см (минимальное уменьшение). В обычных известных каналах разность давлений может достигать 50%.
Кроме того, эффективность предлагаемого сатурационного канала позволяет не использовать стадии гомогенизации после сатурации, требующиеся в некоторых способах и системах сатурации, известных в данной области.
2
2
Другим преимуществом сатурационного канала является то, что он обеспечивает оптимальное растворение СО в воде, при котором сводится к минимуму потребление СО.
Кроме того, предлагаемый сатурационный канал в очень малой степени влияет на кинетическую энергию газа, растворенного в напитке. Следовательно, сводится к минимуму вспенивание напитка во время розлива.
Другим преимуществом предлагаемого настоящим изобретением сатурационного канала является отсутствие необходимости в использовании расходомера для регулирования расхода газа в процессе сатурации; тем не менее, процесс сатурации является эффективным.
Кроме того, в способе сатурации используется сатурационный котел, внутри которого отсутствуют какие-либо кольца, пластины или любое другое оборудование. В заявляемом способе сатурационный котел используется только для повышения растворимости газа.
Кроме того, в заявляемом способе не происходит выброса газа, поскольку газ, не растворившийся в напитке, извлекают для повторного использования в данном способе.
Кроме того, в сатурационном канале скорость напитка, поступающего в канал, используется для создания необходимого для сатурации напитка разрежения, так что давление газа в узле впуска газа относительно низкое.
Заявляемый способ дополнительно обеспечивает возможность рециркуляции напитка для увеличения или уменьшения объема газа.
2
2
Кроме того, в соответствии с предлагаемым способом, если температура напитка увеличивается, возрастает скорректированное давление (давление, необходимое для установления заданного объема газа в напитке), и для поддержания постоянного объема СО, растворенного в напитке, СО добавляют в котел (повышая давление в котле).
2
В качестве альтернативы, если температура напитка уменьшается, величина скорректированного давления также уменьшается, и для поддержания заданного количества газа в напитке расход СО в сатурационном канале уменьшают.
Благодаря указанной корректировке, способ позволяет уравнять величину скорректированного давления и внутреннего давления сатурационного котла.
2
2
В обычных способах, известных в данной области, корректировку, обусловленную колебаниями температуры напитка, выполняют путем выброса СО в атмосферу, чего не происходит в соответствии с предлагаемым способом, в котором выброс СО отсутствует.
ЦЕЛИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Первой целью настоящего изобретения является обеспечение сатурационного канала, предназначенного для увеличения растворимости газа в напитке.
Второй целью является обеспечение способа сатурации, отличающегося уменьшенными потерями газа на всех стадиях способа.
Третьей целью является обеспечение конструкции узла впуска газа и узла впуска напитка, обуславливающих интенсификацию перемешивания напитка и газа.
Еще одной целью является обеспечение в сатурационном канале турбулизатора, при этом, турбулизатор включает завихрительную стенку, обуславливающую улучшение растворение газа в напитке по сравнению с решениями известного уровня техники.
Дополнительной целью настоящего изобретения является обеспечение сатурационного канала с тремя четко выраженными частями.
2
2
Дополнительной целью является обеспечение способа сатурации, предусматривающего корректировку изменения давления в сатурационном котле путем регулируемого управления расходом СО, поступающего в сатурационный канал, и расхода СО, поступающего в сатурационный котел.
2
2
Дополнительной целью является обеспечение способа сатурации, предусматривающего корректировку изменения температуры напитка путем регулируемого управления расходом СО, поступающего в сатурационный канал, и расходом СО, поступающего в сатурационный котел.
2
Кроме этого, еще одной целью является обеспечение способа сатурации, не предусматривающего выброс СО в атмосферу для компенсации изменений давления в сатурационном котле и изменений температуры напитка.
2
2
Дополнительной целью является обеспечение способа сатурации и сатурационного канала, которые позволяют поддерживать постоянный объем растворенного в напитке СО путем регулирования расхода СО, добавляемого в сатурационный котел и в сатурационный канал.
2
Дополнительной целью является обеспечение способа сатурации, предусматривающего повторную подачу сатурированного напитка в сатурационный котел с целью увеличения или уменьшения объема СО в напитке.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цели настоящего изобретения достигаются посредством сатурационного канала, предназначенного для смешивания газа и напитка, каковой сатурационный канал включает: трубчатый элемент, окружающий компрессионный элемент, при этом, компрессионный элемент расположен продольно внутри трубчатого элемента, и определяющий траекторию потока напитка вдоль сатурационного канала.
Компрессионный элемент имеет наружные диаметры, последовательно определяющие образование участка схождения, участка смешивания и участка замедления вдоль сатурационного канала, при этом, на участке схождения сатурационный канал включает узел впуска газа, предназначенный для введения газа в траекторию. Трубчатый элемент обуславливает наличие турбулизатора, определяющего диаметр перемешивания сатурационного канала.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Настоящее изобретение поясняется в соответствии с предпочтительными вариантами его осуществления, показанными на чертежах, на которых:
На фиг. 1 показана блок-схема, отражающая сатурационный канал, соответствующий настоящему изобретению;
Фиг. 2 представляет собой вид в поперечном сечении сатурационного канала, соответствующего настоящему изобретению;
Фиг. 3 представляет собой вид в поперечном сечении наружного элемента сатурационного канала;
Фиг. 4 представляет собой вид в поперечном сечении внутреннего элемента сатурационного канала;
Фиг. 5 представляет собой вид в поперечном сечении участка схождения сатурационного канала;
Фиг. 6 представляет собой дополнительный вид в поперечном сечении участка схождения сатурационного канала;
Фиг. 7 представляет собой вид в поперечном сечении предлагаемого сатурационного канала, поясняющий поток газа на входе в сатурационный канал; и
Фиг. 8 представляет собой перспективный вид c сечением узла впуска газа сатурационного канала, соответствующего настоящему изобретению;
На фиг. 9 показана сатурационная установка, в которой использован предлагаемый сатурационный канал.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1 представлена блок-схема, на которой показан сатурационный канал 1, соответствующий настоящему изобретению.
2
Предлагаемый сатурационный канал 1 предназначен для обеспечения растворения газа в напитке. Под напитком понимается любая пригодная для питья жидкость; газом, используемым в сатурационном канале, является, предпочтительно, диоксид углерода (СО). Со ссылкой на фиг. 1 следует отметить, что сатурационный канал 1 соединен с сатурационным котлом 21.
Длину сатурационного канала 1 следует определять в соответствии с его диаметром, который зависит от количества (расхода) напитка, подлежащего сатурации. Другими словами, расход напитка определяет диаметр сатурационного канала 1, от которого зависит длина сатурационного канала. Далее диаметр сатурационного канала 1 описывается как проточный диаметр К.
В таблице, размещенной ниже, со ссылкой на фиг. 2 представлено соотношение между длиной сатурационного канала 1, проточным диаметром К и максимальным расходом напитка, подлежащего сатурации:
Расход напитка, м<sup>3</sup>/ч
Проточный диаметр K, мм (дюйм)
Длина сатурационного канала (L1+L2+L3)
45
101,6 (4ʺ)
35
76,2 (3ʺ)
25
50,8 (2ʺ)
12
25,4 (1ʺ)
Что касается конструкции сатурационного канала, фиг. 2 представляет собой вид в поперечном сечении предпочтительного варианта осуществления канала 1. Для лучшего понимания предлагаемый канал 1 разделен на три четко различающихся основных части, участок 8 схождения, участок 19 смешивания и участок 17 замедления.
Как явствует из фиг. 2, сатурационный канал 1, соответствующий настоящему изобретению, включает трубчатый элемент 12 (полый цилиндр или имеющий любое другое надлежащее поперечное сечение), соединенный с компрессионным элементом 13, при этом, в результате такого соединения образуется траектория 14 для течения раствора, то есть, напитка с газом (участок 19 смешивания и участок 17 замедления) или без газа (участок 8 схождения). На фиг. 3 и 4, соответственно, показан трубчатый элемент 12 и компрессионный элемент 13.
Как показано, в частности, на фиг. 2, компрессионный элемент 13 окружен трубчатым элементом 12 и расположен продольно внутри элемента 12. Кроме того, длина L1 участка 8 схождения равна внутреннему диаметру К (проточному диаметру К) трубчатого элемента, что лучше видно на фиг. 2.
Сатурационный канал 1 дополнительно включает узел 5 впуска напитка, расположенный на участке 8 схождения. Лучше всего узел 5 впуска напитка можно видеть на фиг. 2. По направлению к участку 19 смешивания площадь траектории 14 узла 5 впуска сужается, образуя воронкообразный проход для потока напитка.
Для обеспечения такой конструкции сатурационный канал 1 включает турбулизатор 10, выдающийся из трубчатого элемента 12 в направлении компрессионного элемента 13, и этот выступ имеет форму наклонной плоскости, выдающейся из трубчатого элемента 12.
1
Турбулизатор 10 дополнительно включает завихрительную стенку 27, предназначенную для интенсификации перемешивания газа и напитка. В данном предпочтительном варианте осуществления сатурационного канала 1 завихрительная стенка имеет форму вогнутой поверхности и характеризуется предпочтительной глубиной Н завихрительной стенки 1,3 мм. Радиус R завихрительной стенки равен, предпочтительно, 4,5 мм. Завихрительную стенку можно лучше видеть на фиг. 5 и 6.
Завихрительная стенка 27 предназначена для создания турбулентного движения на участке 19 смешивания, а именно, в области вблизи узла 9 впуска газа. Благодаря турбулентному движению улучшается растворимость (способность растворяться) газа в напитке (более, чем на 7%), а именно, такое приращение достигается благодаря ускорению и атомизации напитка при вступлении в контакт с газом.
1
Кроме того, предлагаемый радиус R завихрительной стенки позволяет уменьшить падение давления на участке 19 смешивания (а именно, в области вблизи узла 9 впуска газа), поскольку площадь контакта напитка с компрессионным элементом 13 в самой узкой области траектории минимальна.
1
Кроме того, радиус R завихрительной стенки обеспечивает движение газа в сторону потока напитка, как показано на фиг. 7, благодаря чему исключается перпендикулярный поток поступающего газа, и достигается заданный уровень эффективности, как описано выше.
Обратимся к фиг. 5, на ней представлен вид в поперечном сечении участка 8 схождения со всеми упомянутыми выше элементами. Узел 5 впуска напитка можно представить как область между трубчатым элементом 12 и компрессионным элементом 13, обеспечивающую поток напитка.
Для надлежащей подачи напитка в сатурационный канал 1, компрессионный элемент 13 имеет угол А отклонения, который показан на фиг. 5.
Угол отклонения измеряют от внутренней оси (Х) до поверхности компрессионного элемента, определяющего траекторию 14, как показано на фиг. 5.
Угол А отклонения не зависит от расхода напитка; в данном предпочтительном варианте осуществления сатурационного канала 1 угол А отклонения характеризуется предпочтительной величиной, приблизительно, 8°. Очевидно, это лишь предпочтительная величина, и могут быть использованы другие величины угла отклонения, например, приемлемым диапазоном является угол от 5° до 10°.
Что касается участка 8 схождения, он характеризуется максимальным предпочтительным диаметром Р, составляющим 0,85 величины проточного диаметра К (Р=К*0,85).
Как показано на фиг. 5 и как уже упоминалось, на участке 8 схождения имеется турбулизатор 10, выступающий из трубчатого элемента 12 в сторону компрессионного элемента 13 сатурационного канала 1.
Турбулизатор 10 определяет угол В схождения потока напитка, а именно, угол В схождения измеряют от внутренней оси Х компрессионного элемента 13 до поверхности турбулизатора 10, определяющей траекторию 14, как показано на фиг. 5.
Угол В устанавливает соотношение между скоростью потока напитка и падением давления напитка в области, ограниченной углом В схождения.
В данном предпочтительном варианте осуществления сатурационного канала 1 угол В схождения имеет величину 13°. Как и в случае угла А отклонения, это лишь предпочтительная величина угла В схождения, и приемлемыми являются величины в диапазоне от 8° до 15°.
Турбулизатор 10 определяет диаметр F смешивания сатурационного канала, как показано на фиг. 2. В надлежащей конфигурации турбулизатора 10 диаметр F смешивания должен быть на 16 миллиметров (мм) меньше проточного диаметра К трубчатого элемента с допуском 0,1 мм.
Отличие в 16 мм от диаметра К трубчатого элемента позволяет регулировать угол В схождения, так как при увеличении площади траектории 14 интенсифицируется турбулизация напитка.
Турбулизация происходит на выходе напитка из области, определяемой турбулизатором 10, и в начале участка 19 смешивания. Благодаря турбулизации происходит быстрое перемешивание напитка и газа вследствие расширения, происходящего в напитке.
На участке 19 смешивания диаметр компрессионного элемента 13 должен непосредственно зависеть от диаметра F смешивания, поскольку функцией участка 19 смешивания является, в соответствии с принципом Вентури, снижение давления напитка. Как показано на фиг. 2, диаметр внутреннего элемента соответствует диаметру С участка смешивания.
Предпочтительно, соотношение между диаметрами С и F (C/F) должно составлять от 0,65 до 0,75 (с допуском 0,1 мм). В этом предпочтительном диапазоне процесс сатурации происходит с высокой эффективностью, а при величинах более 0,75 падение давления было бы слишком большим.
Для величин менее 0,65 расход напитка на участке 8 схождения и, особенно, в турбулизаторе 10 был бы недостаточным для создания надлежащего разрежения (или отрицательного давления).
Определение соотношения между диаметрами С и F направлено на увеличение скорости напитка в турбулизаторе 10 (в горловине сатурационного канала) и, кроме того, на установление оптимального соотношения между падением давления напитка при прохождении турбулизатора 10 и создаваемой степенью разрежения (или отрицательного давления).
Длина L2 участка 19 смешивания должна быть такой, чтобы обеспечивать сохранение ускорения напитка посредством заданного периода времени (времени пребывания), обуславливая надлежащий объем газа в напитке. В предпочтительном варианте осуществления сатурационного канала время пребывания составляет около 40 миллисекунд (мс).
Зная время пребывания (40 мс) и расход напитка, можно определить длину L2 участка 19 смешивания относительно площади 14 траектории следующим образом:
Длина (L2)=(Расход*Время пребывания)/Площадь
Как видно на фиг. 2, на участке 19 смешивания площадь траектории 14 остается постоянной и определяется как:
Площадь=Диаметр К - Диаметр С;
2
Площадь=π*r
Важно помнить, что проточный диаметр связан с расходом напитка и длиной сатурационного канала 1.
Как показано на фиг. 2, сатурационный канал 1 дополнительно включает участок 17 замедления, смежный с участком 19 смешивания. Граница между участком 17 замедления и участком 19 смешивания определяется плоскостью 18 сочленения.
Начиная от плоскости 18 сочленения и далее вдоль участка 17 замедления, площадь траектории 14 постепенно увеличивается. Целью этого увеличения является достижение последовательного замедления потока напитка в сатурационном канале 1.
В случае мгновенного замедления возрастала бы кинетическая энергия газа, растворенного в напитке, что приводило бы к резкому выделению газа. Конструкция компрессионного элемента 13 и трубчатого элемента 12 определяет наличие угла D расхождения, максимальная величина которого принимается равной 9°. Приемлемой минимальной величиной является 4,5°, то есть, может быть использована любая величина угла в пределах этого диапазона.
Фиг. 8 представляет собой перспективный вид c сечением узла 9 впуска газа сатурационного канала 1, соответствующего настоящему изобретению. Можно видеть, что узел 9 впуска газа расположен вблизи траектории 14, а именно, в той области сатурационного канала 1, где площадь траектории 14 минимальна.
Что касается узла 9 впуска газа, расход газа в узле 9 должен обеспечивать расход газа, требующийся для данной системы. То есть, что касается сатурационного канала 1, падение давления в канале 1 не должно влиять на расход газа.
Например, если давление газа в узле 9 впуска газа равно 0,7 МПа (7 бар), максимальное допустимое падение давления должно составлять около 1,5% этого заданного давления, то есть, максимальное допустимое падение давления равно 0,01 МПа (0,1 бар).
Зная максимальное допустимое падение давления, можно определить минимальную площадь узла впуска газа относительно следующих параметров:
Максимальный расход напитка в сатурационном канале 1 и в сатурационной системе: Qmax
СО2
2
2
3
3
Максимальный объем газа в напитке: Vmax. Это максимальный объем газа, который должен быть растворен в напитке, представляющий собой соотношение между объемом сатурированного напитка и объемом газа, растворенным при атмосферном давлении. Для бутылки объемом 100 см с трехкратным объемом СО при атмосферном давлении должно быть растворено 300 см СО.
G
G
CO2
Максимальный расход газа: Qmax. Это максимальная интенсивность потребления газа, зависящая от максимального объема газа, который должен быть растворен в напитке в соответствии с максимальным расходом напитка Qmax, другими словами, Qmax=Vmax*Qmax.
Максимальное давление в сатурационном канале: Рmax. Для увеличения количества газа, растворенного в напитке, необходимо повысить давление газа в узле 9 впуска газа, поскольку при увеличении давления объем газа, поступающего через узел 9 впуска газа, также увеличивается.
Внутренний диаметр узла 9 впуска газа может быть получен при помощи уравнения Darcy-Weisbach:
, в котором:
3
l: длина канала, м; d: внутренний диаметр канала; v: скорость воздуха; Δp: падение давления; μ: коэффициент трения; ρ: плотность, кг/м.
CO2
При заданном давлении 0,4 МПа (7 бар) величина Δp составляет 0,01 МПа (0,1 бар) (1,5% от 7 бар). Vmax может быть принят равным 6 (соотношение между объемом сатурированного напитка и объемом газа, растворенного при атмосферном давлении).
3
3
G
Принимая во внимание, что в проведенных экспериментах использовали канал 101,6 мм (4ʺ), был достигнут максимальный расход напитка (Qmax) в сатурационном канале 1 Qmax=0,75 м/мин. Таким образом, максимальный расход газа (Qmax) составляет 4,5 м/мин. Кроме того, использована длина 0,3 м (труба, соединяющая котел 21 с каналом 1, на фиг. 1 отмеченная номером позиции 39).
2
В соответствии с уравнением Darcy-Weisbach, минимальный диаметр равен 14,2 мм, следовательно, площадь равна 158,28 мм.
Зная площадь, высоту узла 9 впуска газа можно определить следующим образом:
Высота=Площадь/Периметр, где
2
Площадь=158,28 мм, Периметр=Диаметр К*π. Таким образом, высота узла 9 впуска газа равна 0,57 мм.
2
Высота узла 9 впуска газа представляет собой размер, измеряемый между компрессионным элементом 13 и ближайшей к компрессионному элементу 13 точкой турбулизатора 10 (впуск СО в канал 1 осуществляется по кольцу).
Описав предпочтительный вариант осуществления сатурационного канала 1, переходим к описанию стадий способа сатурации, позволяющего увеличить растворимость газа в напитке и уменьшить потери газа.
Для лучшего понимания способа сатурации, предлагаемого в соответствии с настоящим изобретением, будем ссылаться на фиг. 9. На этой фигуре изображены следующие основные компоненты: сатурационный канал 1, описанный выше, сатурационный котел 21, испаритель 30 и множество клапанов 31, 32, 33, 34, 35 и 37, функции которых подробно описаны далее.
С
R
Кроме того, при описании предлагаемого способа сатурации используются два основных термина: скорректированное давление Р и давление в сатурационном котле Р.
С
С
Скорректированное давление Р - это заданное давление, необходимое для достижения заданного объема газа в напитке. Скорректированное давление Р определяется пользователем, осуществляющим способ сатурации.
R
Давление в сатурационном котле Р - это реальное давление, измеряемое в сатурационном котле 21.
R
С
2
2
По существу, в предлагаемом способе сатурации корректировка изменений давления в сатурационном котле Р и изменений скорректированного давления Р осуществляется только путем регулирования работы (степени открытия) клапана 31 плавного регулирования (таким образом, регулирования расхода СО на входе в сатурационный канал 1) и путем регулирования расхода СО на входе в сатурационный котел 21.
2
Таким образом, в предлагаемом способе, в отличие от известных способов, не производится выброс СО в атмосферу.
2
С
R
Кроме того, в предлагаемом способе, благодаря регулированию расхода СО на входе в сатурационный канал 1 и сатурационный котел 21, всегда осуществляется уравнивание (приравнивание) величины скорректированного давления Р с величиной давления Р в сатурационном котле.
С
Что касается скорректированного давления Р, единственным фактором, который может повлиять на него в ходе осуществления способа, является температура напитка:
Корректировка из-за изменения температуры
Температуру напитка необходимо регулировать до поступления в сатурационную систему. Как явствует из фиг. 9, для регулировки температуры напитка используется испаритель 30.
Предпочтительной температурой напитка на входе в сатурационный канал 1 является 4°С. При этой величине обеспечивается большая эффективность процесса сатурации.
Однако, если по какой-либо причине температура напитка изменяется (увеличивается или уменьшается) перед поступлением в сатурационный канал 1, в предлагаемом способе такое изменение автоматически корректируется, как описано ниже.
С
R
Рассмотрим случай, когда температура напитка составляет 4°С, и процесс сатурации происходит нормально, при величине скорректированного давления Р, равной величине давление Р в сатурационном котле.
С
R
С
R
Если температура напитка в ходе сатурации увеличивается, такое увеличение вызывает рост величины скорректированного давления Р, однако, на величину давления Р в сатурационном котле это не влияет. Следовательно, в данном случае, Р будет больше Р.
2
2
R
С
2
Таким образом, чтобы скорректировать такое изменение, в предлагаемом способе происходит автоматическое добавление СО в сатурационный котел 21 до тех пор, пока указанные величины давления не уравняются, другими словами, регулировочный клапан СО 32 открыт, тогда давление Р в сатурационном котле будет равно скорректированному давлению Р. Регулировочный клапан СО открывают пропорционально увеличению температуры напитка.
R
С
R
С
2
2
R
С
2
Важно упомянуть, что в оптимальном случае, то есть, когда давление Р в сатурационном котле уравнено со скорректированным давлением Р (Р=Р=4 кг/см), регулировочный клапан СО должен быть закрыт. Вследствие добавления СО в котел 21, величина давления Р в сатурационном котле будет расти, следовательно уравниваться (становиться равной) с величиной скорректированного давления Р.
С
R
Если по какой-либо причине температура напитка уменьшается, такое изменение вызывает уменьшение величины скорректированного давления Р, но на давление Р в сатурационном котле не влияет.
2
Чтобы скорректировать такое изменение, расход СО, подаваемого в сатурационный канал 1, нужно уменьшить, следовательно, клапан 31 плавного регулирования нужно закрыть (уменьшить степень открытия).
С
В размещенной ниже таблице указаны предпочтительные величины степени открытия клапана плавного регулирования с учетом изменения величины скорректированного давления Р.
Величины скорректированного давления Р<sub>С</sub> (кг/см<sup>2</sup>) (при давлении P<sub>R</sub> в котле 4 кг/см<sup>2</sup>)
Степень открытия клапана плавного регулирования (%)
4,0
80
3,9
76
3,8
72
3,7
70
3,6
65
R
С
При уменьшении степени открытия клапана 31 плавного регулирования, давление P в котле уравнивается со скорректированным давлением Р, возвращая процесс к заданному состоянию.
Расход напитка в узле впуска в сатурационный канал 1 (узел 5 впуска напитка) должен быть постоянным (стабильным), так как размеры элементов сатурационного канала 1 выбраны в соответствии с заданным параметрами бутилирования, и диаметр сатурационного канала 1 (диаметр С) остается постоянным.
2
Если в узле 5 впуска напитка происходят небольшие изменения расхода напитка, пропорционально уменьшается или увеличивается разрежение в сатурационном канале 1. Такие изменения разрежения предусматривают небольшую корректировку смешивания напитка и газа, поскольку расход СО в сатурационном канале 1 будет увеличиваться или уменьшаться.
Если расход напитка уменьшается значительно, в сатурационном канале 1, при прохождении через турбулизатор 10, не достигается турбулизация напитка. Кроме того, при нежелательном расходе напитка отсутствует разрежение в узле 9 впуска газа и, следовательно, процесс сатурации не происходит должным образом.
С
2
2
Для запуска процесса, после того, как установлена величина скорректированного давления Р, необходимо подать в сатурационный котел 21 заданное количество СО, для чего регулировочный клапан СО 32 должен быть открыт, в котел также должен быть подан напиток.
С
R
Как указано выше, в предлагаемом способе скорректированное давление Р всегда должно быть равно давлению, измеряемому в котле 21 (давлению P в сатурационном котле).
R
R
Важно упомянуть, что давление в котле 21 (давление P в сатурационном котле), предпочтительно, измеряют в верхней части котла 21, как показано номером позиции 33 на фиг. 9. Давление P может отображаться на панели 38 управления, находящейся вблизи описываемой системы (фиг. 9). Может быть использован любой известный в данной области способ измерения давление в камере.
Для подачи напитка в котел 21 регулировочный клапан 34 напитка должен быть открыт. При прохождении напитка через испаритель 30 его температура уменьшается и достигает 4°С (предпочтительная температура).
2
Когда регулировочный клапан 34 напитка открыт, клапан 35 Вентури и клапан 31 плавного регулирования должны быть открыты на 80% для регулирования расхода газа в сатурационном канале 1. Кроме того, при поступлении напитка в сатурационный котел, благодаря наличию сатурационного канала 1, в нем растворен СО.
2
2
Чтобы гарантировать, что в сатурационный котел 21 подается только СО, клапан 35 Вентури размещают на 90% высоты котла 21. Если такой клапан 35 размещен выше этого уровня (или даже за пределами котла 21), возможно поступление в сатурационный канал 1 воздуха, так как воздух легче СО и находится в верхней части сатурационного котла 21.
R
Корректировка из-за изменения давления P в котле
R
С
Из-за поступления напитка в котел 21 давление P в сатурационном котле увеличивается и становится выше скорректированного давления Р.
2
R
2
Чтобы исключить влияние такого повышения на расход СО в канале 1 и, кроме того, выровнять давление P в котле и скорректированное давление РС, клапан 31 плавного регулирования постепенно закрывают в соответствии с уравнением, описывающим колебания расхода СО при различных значениях давления.
R
2
В приведенной ниже таблице представлены предпочтительные величины давления P в сатурационном котле и соответствующая предпочтительная степень открытия клапана 31 плавного регулирования (показательные значения) при скорректированном давлении, равном 4 кг/см.
R
Как можно видеть и как уже упоминалось, когда реальное давление (P) в котле увеличивается, степень открытия клапана 31 плавного регулирования уменьшается (клапан закрывают):
Давление P<sub>R</sub> в сатурационном котле (кг/см<sup>2</sup>) (при скорректированном давлении Р<sub>С</sub> 4 кг/см<sup>2</sup>)
Степень открытия клапана 31 плавного регулирования (%)
4
80
4,3
76
4,7
71
5
68
5,1
62
5,3
58
R
С
Благодаря закрытию клапана 31 плавного регулирования давление P в сатурационном котле уравнивается со скорректированным давлением Р.
2
R
С
Поскольку происходит растворение СО в напитке, давление P в сатурационном котле может начать уменьшаться, тогда как на скорректированное давление Р это не влияет.
2
2
2
Для корректировки такого падения давления регулировочный клапан СО 32 может быть открыт, чтобы исключить ситуацию, когда в котле 21 будет достигнуто минимальное допустимое давление, а также для управления расходом СО в канале 1. Другими словами, расход СО, поступающего в котел 21, должен быть увеличен.
С
R
2
R
2
R
Как уже упоминалось, когда скорректированное давление Р уравнялось с давлением P в сатурационном котле, регулировочный клапан 32 СО должен быть закрыт. Следовательно, если давление P в котле уменьшается, регулировочный клапан СО 32 открывают пропорционально уменьшению давления P в котле.
2
R
R
С
2
Подача СО в котел 21 увеличивает давление P в сатурационном котле и, следовательно, приводит к уравниванию давления P со скорректированным давлением Р. Когда эти величины давления сравнялись, регулировочный клапан СО 32 снова закрывают.
R
R
С
С
2
При каком-либо резком уменьшении величины давления P в сатурационном котле, или если давление P достигает величины, на 10% (в данном случае, 3,6 кг/см) меньшей, чем величина скорректированного давления Р, также может быть увеличена степень открытия клапана 31 плавного регулирования с целью более быстрого уравнивания со скорректированным давлением Р.
2
R
2
При величинах менее 3,6 кг/см (при падении давления более 10%) процесс сатурации должен быть немедленно прерван. В этом смысле, когда давление P в сатурационном котле значительно или резко падает, клапан 31 плавного регулирования является вспомогательным по отношение к регулировочному клапану СО.
С
R
2
2
R
С
Таким образом, при оптимальных условиях, то есть, когда скорректированное давление Р уравнено с давлением P в сатурационном котле, клапан 31 плавного регулирования оставляют открытым на 80%, а регулировочный клапан СО 32 оставляют закрытым. Как указано выше, регулировочный клапан СО открывают только тогда, когда давление P в сатурационном котле достигает меньшей величины, чем величина скорректированного давления Р.
Уровень напитка в сатурационном котле 21 должен всегда находиться между 50% и 90% высоты котла 21 (объема котла 21). Когда уровень напитка ниже 50% высоты, должен быть открыт регулировочный клапан 34 напитка, тогда начинается процесс сатурации. Когда уровень напитка в сатурационном котле 21 достигает 90% (точки, в которой находится клапан 35 Вентури), закрывают регулировочный клапан 34 напитка и прекращают поступление напитка.
2
Перед подачей напитка на бутилирование необходимо определить содержание СО и брикс (содержание растворенных в напитке сахаров). Если они соответствуют имеющимся стандартам, открывают выпускной клапан 36.
Способ определения брикс не является основным аспектом настоящего изобретения, это может быть сделано, например, способом рефракции.
2
Кроме того, если объем СО в растворе не соответствует стандартным параметрам, необходимо рециркулировать напиток. Под рециркуляцией понимается, что напиток должен быть выпущен из котла 21 посредством открытия выпускного клапана 36, после чего снова подан в котел 21 посредством открытия клапана 37 рециркуляции и разбрызгивателя 40.
2
Когда напиток снова подан в котел 21 через разбрызгиватель 40, возможна повторная сатурация напитка, а также возможно удаление СО из напитка.
2
Другими словами, возможно увеличить или уменьшить содержание (объем) СО в напитке (растворе), путем регулирования степени открытия разбрызгивателя 40.
2
С
2
С
Если нужно уменьшить объем СО в напитке, необходимо уменьшить величину скорректированного давления Р. С другой стороны, если нужно ввести в напиток больше СО, скорректированное давление Р должно быть увеличено.
2
Разбрызгиватель 40 представляет собой сферу из нержавеющей стали с отверстиями по всей ее поверхности, предназначенную для нагнетания напитка в котел 21. Такой элемент (разбрызгиватель 40) позволяет исключить непроизводительный сброс сатурированного напитка, если процесс сатурации прошел ненадлежащим образом, так как позволяет увеличить или уменьшить содержание СО путем рециркуляции напитка.
Управление разбрызгивателем 40 осуществляют при помощи клапана 37 рециркуляции и клапана бутилирования (не показан), расположенного на входе процесса бутилирования.
2
С
Например, если объем СО выше заданной величины, скорректированное давление Р необходимо уменьшить, и сатурированный напиток должен быть снова подан в котел 21, как указано выше.
2
С
2
Кроме того, если содержание СО ниже заданной величины, скорректированное давление Р необходимо увеличить, и сатурированный напиток должен повторно подаваться в котел 21 через разбрызгиватель 40 до тех пор, пока не будет достигнуто заданное содержание СО.
2
2
Содержание СО в напитке измеряют после того, как напиток бутилирован. При взбалтывании образца бутилированного напитка давление внутри бутылки увеличивается; по соотношению между таким увеличением давления, температурой напитка и объемом растворенного в напитке газа определяют содержание СО в напитке.
2
2
2
2
Время рециркуляции зависит от содержания СО в напитке и объема СО, которого нужно достичь. Во время рециркуляции необходимо задать объем СО, и в соответствии с этим оценивать время рециркуляции. В зависимости от времени рециркуляции, может быть определено соотношение между временем рециркуляции и приращением объема СО в напитке.
С
2
С
С
Как уже отмечено выше, во время рециркуляции напитка возможно увеличить или уменьшить скорректированное давление Р в зависимости от объема СО в бутилированном напитке. Если этот объем недостаточен, скорректированное давление Р увеличивают, в противном случае, скорректированное давление Р уменьшают.
С
Изменение скорректированного давления Р может быть выполнено при помощи панели 38 управления. Предпочтительный вид панели 38 представлен на фиг. 9. Связь между панелью 38 и котлом 21 не является основным аспектом настоящего изобретения и может быть осуществлена любым из множества уже известных способов.
2
Как было описано, благодаря сатурационному каналу и способу сатурации, предлагаемым в соответствии с настоящим изобретением, нет необходимости в выбросе СО в атмосферу для корректировки изменения давления в сатурационном котле 21 и, кроме того, корректировки изменения температуры напитка.
2
В предлагаемом способе и канале СО выбрасывают в атмосферу только через регулярные промежутки времени, например, каждые 3 минуты, для удаления воздуха, скапливающегося в верхней части котла 21. Это осуществляют при помощи предохранительного клапана 41 (фиг. 9).
2
В сущности, в альтернативном варианте осуществления изобретения, оборудование для удаления воздуха из напитка может быть расположено до испарителя 30, в этом случае нет необходимости выброса СО в атмосферу.
R
С
Выполнение предлагаемого способа и управление указанными клапанами, предпочтительно, осуществляется автоматически через интерфейс оператора (Human Machine Interface - HMI), следовательно, выравнивание давления P в сатурационном котле и скорректированного давления Р происходит почти мгновенно, таким образом, предлагаемый способ не сопряжен с изменением давления на длительный период времени.
Нет необходимости описывать какие-либо подробности в отношении HMI, поскольку он не является основным аспектом настоящего изобретения. Может быть использован любой HMI, пригодный для управления клапанами, уже известный в данной области. В альтернативном варианте осуществления изобретения способ может выполняться вручную.
Наконец, под напитком, упоминаемым в настоящей заявке, следует понимать любой материал с вязкостью, меньшей или равной 0,08 Па⋅с (80 сП).
Хотя были описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, следует понимать, что объем настоящего изобретения охватывает другие возможные варианты и ограничивается только содержанием прилагаемой формулы изобретения, включающей возможные эквиваленты.