КЛАПАН РЕГУЛЯТОРА ДАВЛЕНИЯ
PRESSURE REGULATOR VALVE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение в целом относится к устройству для поддержания давления в свободном пространстве контейнера на уровне, достаточном для автоматической выдачи напитка, содержащегося в контейнере. Более конкретно, настоящее изобретение относится к регулятору давления, выполненному с возможностью соединения с контейнером для газированного напитка, который автоматически приводится в действие, когда давление в свободном пространстве контейнера достигает заданного уровня, для введения дополнительного сжатого газа в контейнер, чтобы поддерживать в свободном пространстве давление, достаточное для выдачи напитка из контейнера.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Напитки, которые должны выдаваться в состоянии под давлением из контейнера, будут находиться под давлением в контейнере с помощью среды под давлением, такой как сжатый газ. Газ традиционно будет подаваться в контейнер при относительно высоком избыточном давлении в то же пространство, в котором содержится выдаваемый напиток. Сжатый газ будет скапливаться в свободном пространстве над напитком, подлежащим выдаче. В начале использования такого контейнера высокое давление выдачи будет преобладать, но это давление будет уменьшаться по мере выдачи из контейнера все большего количества напитка. Это происходит вследствие того, что часть сжатого газа будет выходить из контейнера вместе с напитком, и, кроме того, пространство, занимаемое сжатым газом, будет становиться все больше, что приведет к снижению давления в этом пространстве.
Для компенсации указанного снижения давления газа в свободном пространстве в данной области техники хорошо известно устройство для регулирования давления, которое вводит дополнительный сжатый газ в свободное пространство по мере необходимости. В WO 99/47451 показано одно из таких устройств, которое содержит внутри камеры подвижную стенку, управляющую клапанным механизмом для его временного открывания и обеспечения потока сжатого газа из камеры в свободное пространство.
В патенте США №4711377 раскрыто использование ручного воздушного насоса для создания давления в пивном кеге с помощью воздуха, что делает пиво непригодным для использования, поскольку контакт с кислородом в воздухе портит пиво.
В патенте США №5785211 раскрыто портативное выпускное устройство с электрическим приводом для кега, предназначенное для использования с обычными пивными кегами. Давление, создаваемое с помощью электроэнергии, представляет собой удачную замену ручного насоса, но не устраняет недостаток введения воздуха в кег.
В патенте США №5199609 описано использование бутылки с двуокисью углерода, упакованной в ранец и соединенной при помощи трубок под давлением с контейнером с пивом.
В патенте США №7131560 раскрыта облегченная система выдачи пива, в которой используется небольшая бутылка с двуокисью углерода под давлением, прикрепленная непосредственно к регулируемому регулятору давления, который может быть установлен для предотвращения избыточного пенообразования и прикреплен непосредственно к крану кега, имеющему раздаточный вентиль.
В патенте США №8469239 раскрыто устройство регулирования давления для использования с пивным кегом, которое содержит поршень, расположенный внутри цилиндра для открывания или закрывания отверстия для подачи газа, тогда как откачивающий насос размещен в камере управления давлением для удаления газообразной двуокиси углерода, поступающей в камеру.
Хотя существует множество устройств управления давлением для использования в контейнерах для выдачи газированных напитков, таких как пиво или тому подобное, они довольно сложны, и во многих случаях требуют использования конструкции откачивающего насоса, что увеличивает стоимость и сложность устройства. Таким образом, существует потребность в клапане регулятора давления, который автоматически работает для поддержания давления в свободном пространстве контейнера для газированного напитка, такого как пиво, на желаемом уровне для выдачи напитка, который прост, эффективен и не требует использования откачивающего насоса.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение представляет собой клапан регулятора давления, выполненный с возможностью соединения с контейнером, имеющим емкость на множество литров для газированного напитка, для автоматического поддержания давления в свободном пространстве над напитком на заданном уровне для обеспечения выдачи напитка, и содержащий корпус, вмещающий поршень, взаимодействующий с создающим усилие элементом, таким как пружина, для поджатия поршня во взаимодействие с элементом, выполненным с возможностью перемещения между первым и вторым положениями, для открывания или закрывания клапана, соединенного с капсулой, содержащей газ под давлением, и реагирующим на открывание клапана для обеспечения поступления находящегося под давлением газа в свободное пространство контейнера, когда давление в свободном пространстве падает ниже заданного уровня.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 представлен вид в перспективе крышки контейнера для напитка, на котором показан клапан регулятора давления, прикрепленный к нему;
На фиг. 2 приведен вид в разрезе конструкции, показанной на фиг. 1, выполненном по линии 2-2;
На фиг. 3 приведено увеличенное изображение конструкции, показанной на фиг. 2, по пунктирной линии 3-3;
На фиг. 4 приведен вид в перспективе нажимной пластины для капсулы, показывающий ее щелевые отверстия для потока газа, и
На фиг. 5 приведен вид в перспективе, иллюстрирующий действие двухпозиционного переключателя для использования в соответствии с настоящим изобретением.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение предназначено для использования с любым контейнером, в котором содержится напиток, подлежащий выдаче из контейнера, при этом выдача должна выполняться с помощью сжатого газа, имеющегося в свободном пространстве над напитком внутри контейнера. Напиток может быть любого типа, такого как безалкогольные напитки, вода, пиво или т.п., и особенно предназначено для использования с газированным напитком. Клапан регулятора давления согласно настоящему изобретению особенно полезен для пивного кега, который имеет емкость на множество литров для пива, и в целях простоты описания клапана регулятора давления, приведенного ниже, описание будет приведено в отношении пивного кега. Клапан регулятора давления согласно настоящему изобретению прост в эксплуатации и содержит корпус, который разделен на верхнюю и нижнюю камеры, причем нижняя камера может постоянно подвергаться давлению в свободном пространстве контейнера, а верхняя камера постоянно подвергается воздействию атмосферы. Регулирование давления осуществляется путем приложения усилия к поршню, который расположен внутри корпуса и прилагает давление, которое открывает или закрывает клапан, связанный с источником сжатого газа, таким образом, чтобы обеспечивать поток сжатого газа из источника в свободное пространство, когда давление в свободном пространстве падает ниже заданного уровня, а в противном случае остается закрытым, так что газ из источника давления не может поступать в свободное пространство.
Как более конкретно показано на фиг. 1, проиллюстрирована общая схема пивного кега, на котором закреплен клапан регулятора давления согласно настоящему изобретению. Как показано на фиг. 1, контейнер, такой как пивной кег, показанный ссылочным обозначением 10 пунктирными линиями, имеет крышку 12, прикрепленную к его верхней части, например, с помощью запрессовки или других средств, хорошо известных специалистам в данной области техники. Над напитком в контейнере 10 находится свободное пространство 11. Источник 14 сжатого газа закреплен на корпусе 16, который содержит клапан регулятора давления согласно настоящему изобретению. Корпус 16 закреплен на крышке 12 с помощью запрессовки, как будет описано ниже более подробно. Кроме того, как показано на фиг. 1, двухпозиционный клапан имеет переключатель в виде диска (18), который прикреплен с возможностью поворота к клапану регулятора давления в корпусе 16. Как будет более подробно описано ниже, при повороте диска 18 в положение ВЫКЛЮЧЕНО, клапан регулятора, содержащийся в корпусе 16, полностью бездействует, и сжатый газ из источника 14 не будет поступать в свободное пространство в контейнере. Предполагается, что, когда напиток не выдается в течение длительного периода времени, диск остается в положении ВЫКЛЮЧЕНО. Когда переключатель 18 находится во положении ВКЛЮЧЕНО, возможно функционирование регулирующего устройства внутри регулирующего клапана, чтобы обеспечивать поток сжатого газа из источника 14 в свободное пространство над напитком в контейнере 10. Сжатый газ в источнике 14 может представлять собой любой сжатый газ, который необходим, предпочтительно это будет либо инертный газ, такой как азот, либо, если в контейнере 10 содержится газированный напиток, такой как пиво или газированный безалкогольный напиток, более предпочтительно двуокись углерода. Кроме того, капсула также может быть заполнена жидкой двуокисью углерода. Это позволит использовать капсулу меньшего размера, которая будет иметь очень низкую скорость сброса давления, чтобы предотвратить попадание жидкой двуокиси углерода в напиток.
Как более конкретно показано на фиг. 2, клапан регулятора давления согласно настоящему изобретению изображен в разрезе. Как показано на чертеже, корпус 16 содержит нижнюю стенку 20 и верхнюю область 22, в которой размещают отбортованный стакан 24, закрывающий открытую сверху верхнюю область 22. Внутри корпуса 16 расположен поршень 26, имеющий первую поверхность 28 и вторую поверхность 30, и разделяющий корпус на первую камеру 32 и вторую камеру 34. Как ясно показано на фиг. 2, поршень 26 образован из двух отдельных частей 36 и 38, предпочтительно из формованного пластика. Чтобы предотвратить попадание газа из источника 14 под давлением во вторую камеру 34, между двумя частями 36 и 38 поршня установлено уплотнительное кольцо 40, служащее для герметичного изолирования первой и второй камер друг от друга. В результате и поскольку вторая камера открыта в атмосферу, двуокись углерода, которая может попасть во вторую камеру, выпускается в атмосферу, и, таким образом, нет необходимости в устройстве для откачивания. Две части 36 и 38 поршня 26 соединены между собой посредством ультразвуковой сварки. Две части 36 и 38 используются для облегчения изготовления этого компонента. При использовании двух формованных деталей, таких как показанные на фиг.2, нет необходимости использовать формованные ползунки, а также отсутствует разделительная линия в области уплотнения уплотнительного кольца. Однако должно быть понятно, что при необходимости поршень 26 может быть изготовлен путем механической обработки металлического элемента, который помещался бы внутри корпуса 16. Также должно быть понятно, что корпус 16 в соответствии с предпочтительным в настоящее время вариантом осуществления изобретения представляет собой формованный пластиковый элемент. Однако при необходимости корпус 16 может быть изготовлен из металлического элемента либо путем механической обработки, формования, либо другим способом, как будет понятно специалистам в данной области техники. Когда корпус 16 изготовлен как формованный пластиковый элемент, внутренняя поверхность камер 32 и 34 может быть металлизирована для предотвращения какого-либо перемещения сжатого газа через формованные детали или, в качестве альтернативы, для изготовления формованных пластмассовых деталей могут быть выбраны материалы с высоким порогом к проникновению сжатого газа, такого как двуокись углерода. Стенка 20 корпуса 16 образует множество отверстий, как показано ссылочными обозначениями 40 и 42, так что первая поверхность 28 поршня 26 находится в постоянном сообщении с давлением в свободном пространстве 11 над напитком в контейнере 10.
Регулирование клапана регулятора давления осуществляется исключительно за счет использования создающего усилие элемента, такого как пружина 44, которая расположена во второй камере 34, один конец которой находится во взаимодействии с верхней поверхностью 32 клапана 26, а другой конец пружины 44 плотно прижат к нижней поверхности 46 отбортованного стакана 24.
Приводной шток 48 присоединен между поворотным диском 18 и поршнем 26 таким образом, что при повороте диска 18 приводной шток будет поворачивать поршень. Это выполняется за счет того, что конец 50 приводного штока 48 находится внутри пустотелой трубки 52, проходящей вниз от нижней поверхности 54 поворотного диска 18. Соединение между верхним концом 52 приводного штока 48 и внутренней поверхностью пустотелой трубки 52 выполнено с прессовой посадкой, и благодаря трению прессовой посадки приводной шток будет поворачиваться. При необходимости внутренняя поверхность пустотелой трубки 52 может быть образована множеством канавок, а верхний конец приводного штока 50 образован множеством ребер, которые будут взаимодействовать с канавками, образуя тем самым требуемое надежное соединение между поворотным диском и приводным штоком 48.
Противоположный конец приводного штока 26 должен быть аналогичным образом размещен внутри проходящей вверх пустотелой секции 54 нижней части 36 поршня 26. Конструкция внутренней поверхности проходящей вверх полой секции 54 и второго конца приводного штока будет аналогична описанной выше в отношении соединения верхнего конца приводного штока 48 с внутренней частью пустотелой трубки 52. В результате прессовых посадок (или канавок и ребер) на обоих концах приводного штока 48 и диска 18, и поршня 26, при повороте диска 18 поршень также будет поворачиваться.
Корпус 16 прикреплен к верхней части 12 контейнера 10 посредством запрессовки, как показано на чертеже. Крышка 12 имеет направленный внутрь завиток 56, в который входит верхний край корпуса 16 при охватывании им завитка 56, а отбортованный стакан 24 содержит завиток 58, который крепит и отбортованный стакан, и корпус 16 к крышке 12. Корпус 16 может быть прикреплен к верхней части 12 с помощью простой запрессовки, как у аэрозольного баллона, хорошо известной в данной области техники, или с помощью резиновой оболочки, прикрепленной к отверстию в верхней части 12, в которое запрессовывается корпус, таким образом, герметизируя любую разрезную кромку и незащищенные участки металла.
Как более конкретно показано на фиг.3, общая область, обозначенная пунктирными линиями 3-3 на фиг.2, показана в увеличенном масштабе и более ясной иллюстрации. Как показано, клапанное средство 60 содержит вставку 62, неподвижно закрепленную в верхнем отверстии 64 капсулы 66, которая образует источник 14 сжатого газа. Вставка 62 содержит пустотелый резьбовой ниппель 68, который проходит вверх над отверстием 64 в капсуле 66. Корпус 16 образует резьбовое отверстие 70, которое используется для крепления резьбовым соединением корпуса 16 к ниппелю 68 и, таким образом, к капсуле 66. Вставка 62 образует отверстие или углубление 72, имеющее буртик, который образует поверхность 74. Клапан капсулы содержит стержень 76, имеющий выступающий наружу фланец 78. На верхней поверхности фланца 78 установлена резиновая уплотнительная шайба 80, которая постоянно удерживается на верхней поверхности выступающего наружу фланца 78. Вторая пружина 82 расположена внутри удерживающей втулки 84 и плотно прижата к нижней поверхности выступающего наружу фланца 78 для поджимания стержня 76 вверх так, что резиновая уплотнительная шайба 80 взаимодействует с поверхностью 74 для герметизации клапана в его закрытом положении, чтобы тем самым предотвращать поступление сжатого газа из капсулы 66 в камеру 32 корпуса 16, когда клапан 60 находится в закрытом положении.
Нажимная пластина 86 для капсулы, лучше проиллюстрированная на фиг. 4, на которую сделана ссылка, имеет проходящий вниз шток 88, входящий в отверстие 90 в проходящем вверх ниппеле 68. Шток 88 нажимной пластины для капсулы взаимодействует с верхним концом стержня 76 клапана капсулы. Нажимная пластина 86 для капсулы может перемещаться между первым и вторым положениями. Когда нажимная пластина для капсулы находится в первом положении, клапан 60 капсулы находится в верхнем положении, так что резиновая уплотнительная шайба 80 находится в контакте с поверхностью 74 для закрывания клапана, но когда нажимная пластина для капсулы находится во втором положении, как показано на фиг. 3, резиновая уплотнительная шайба 80 смещается от поверхности 74, и клапан открывается, что обеспечивает поток двуокиси углерода или другого газа из капсулы 66 вверх вокруг наружного края фланца 78 и между зазором, который существует между стержнем 76 и отверстием 90 в пустотелом ниппеле 68, а также зазором, который проходит между штоком 88 и отверстием 90 относительно нажимной пластины 86 для капсулы. Затем сжатый газ сталкивается с нижней поверхностью 91 нажимной пластины для капсулы, что вызывает поток газа наружу через щелевые отверстия для потока газа, обозначенные 92, выполненные в нижней части или внизу, как показано на фиг. 3, выступающие элементы, обозначенные 94, которые взаимодействуют с поверхностью 96 проходящей вверх опоры 98, которая проходит от нижней стенки 20 корпуса 16.
Как более конкретно показано на фиг. 2, 3 и 4, будет описано действие клапана регулятора давления согласно настоящему изобретению. Как указано выше, благодаря отверстиям 40 и 42 в нижней стенке 20 корпуса 16 первая поверхность 28 поршня 26 постоянно сообщается с давлением в свободном пространстве 11 над напитком, содержащимся внутри контейнера 10. Как указано выше, это свободное пространство изначально находится на повышенном уровне, что обеспечивает возможность выдачи напитка из контейнера по желанию потребителей. Чтобы это произошло, давление в свободном пространстве прилагает достаточное усилие к поршню 26 для перемещения его вверх относительно положения, показанного на фиг. 2 и 3, так что пружина 82 будет перемещать клапан капсулы вверх, так что уплотнительная шайба 80 плотно прижимается к поверхности 74 и, следовательно, закрывает клапан капсулы. В этом положении сжатый газ из капсулы 66 не поступает в нижнюю камеру 32 корпуса 16.
Когда давление в свободном пространстве 11 падает ниже заданного уровня, так что становится труднее выдавать пиво, содержащееся в кеге 10, усилие, прилагаемое пружиной 44, будет превышать давление, содержащееся в свободном пространстве 11, и усилие, прилагаемое пружиной 44 ко второй поверхности поршня, будет поджимать поршень вниз, так что первая поверхность 28 поршня будет взаимодействовать с нажимной пластиной 86 для капсулы и перемещать ее вниз, так что элементы 94 на нажимной пластине для капсулы будут взаимодействовать с поверхностью 96 опоры 98 и, в результате, перемещать шток 88 нажимной пластины вниз и, следовательно, стержень 80 клапана капсулы вниз, так что резиновая уплотнительная шайба, удерживаемая на верхней поверхности фланца 78, отходит от поверхности 74, открывая, таким образом, клапан 60. В результате сжатый газ, такой как двуокись углерода, содержащийся в капсуле 66, будет проходить вверх, как описано выше, и наружу через щелевые отверстия 92, а затем постепенно наружу через отверстия 40 и 42 в нижней стенке 20 корпуса 16, как показано стрелкой 96 на фиг. 2. Когда давление в свободном пространстве нарастает в достаточной степени для преодоления усилия, создаваемого пружиной 44, поршень снова будет перемещаться вверх, как описано выше, обеспечивая закрывание клапана 60 капсулы и перекрывание потока находящейся под давлением двуокиси углерода.
Указанное действие клапана будет продолжаться, когда давление в свободном пространстве колеблется, так что, когда оно падает ниже заданного уровня или снова поднимается выше заданного уровня, это принуждает поршень перемещаться вверх или вниз и, таким образом, приводить в действие клапан капсулы, как описано выше.
На фиг. 5 более конкретно показана конструкция двухпозиционного переключателя. Как видно на чертеже, показана пара наклонных плоскостей 100 и 102. Эти плоскости находятся на верхней поверхности ребра 104, расположенного внутри камеры 16 регулятора, как показано на фиг. 3. Поршень 26 имеет пару выступающих внутрь пальцев 106 и 108, которые расположены так, чтобы перемещаться по наклонным плоскостям 100 и 102, соответственно. Когда двухпозиционный переключатель 18 поворачивают в направлении, показанном стрелкой 110, пальцы 106 и 108 перемещаются вверх по наклонным плоскостям 100 и 102, и благодаря использованию этой функции кулачка поршень 26 перемещается вверх и, при этом он перемещается в положение, в котором больше не может двигаться в ответ на давление, содержащееся в свободном пространстве 11 кега 10, и, следовательно, полностью отключается, а система не будет регулироваться. Когда двухпозиционный переключатель поворачивают в направлении, противоположном направлению, указанному стрелкой 110, поршень вернется в положение, показанное, в общем, на фиг. 2 и 3, так что вдавливание пружины на 20 мм обеспечивает регулирующее давление приблизительно 1,2 бар, чтобы поднимать поршень автоматически, как описано выше. Находясь в этом положении, он будет автоматически регулировать давление, содержащееся в кеге 10, как описано выше.
Регулятор для клапана регулятора давления, описанный выше, может быть выполнен с возможностью регулирования в диапазоне давлений путем изменения усилия, создаваемого пружиной, и/или диаметров, и/или ходов поршня. Следует также отметить, что устройство для регулирования давления согласно настоящему изобретению не требует какого-либо специального оборудования для установки, в которой контейнер 10 заполняют желаемым напитком. Специалистам в данной области техники будет понятно, что контейнер 10 может иметь соответствующий кран для выдачи напитка, содержащегося в контейнере. В тех случаях, когда пиво следует выдавать из кега, кран может быть установлен на боковой стороне кега, но предпочтительно находится сверху кега с соответствующей погружной трубкой, как будет понятно специалистам в данной области техники.
Таким образом, была раскрыта система регулятора давления, которая автоматически функционирует для поддержания давления в свободном пространстве над напитком, содержащимся в соответствующем контейнере, таком как кег, так что напиток, такой как пиво, может быть выдан из контейнера по желанию потребителя, и это делается автоматически, когда давление в свободном пространстве изменяется выше или ниже заданной величины, определяемой усилием, создаваемым пружиной, содержащейся в регуляторе.