УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПИЩЕВЫХ ПЕНООБРАЗНЫХ МАСС
DEVICE FOR PRODUCTION OF FOOD FOAMY MASSES

Настоящее устройство относится к пищевому оборудованию и может быть использовано для приготовления пищевых пенообразных масс, например молочных коктейлей, пенных коктейлей на основе соков, а также муссов, взбитых сливок и др., с различным газовым составом, таким как кислород, азот, воздух и проч., в потребительской таре из упругого материала, например пластикового или бумажного стаканчика.
7
Известен способ и устройство для получения пен, использующий миксер для взбивания продукта в целевой газовой среде непосредственно в потребительской таре (патент РФ №2406562, МПК: B01F 3/04). Устройство, воспроизводящее этот процесс, характеризуется достаточным учетом многих факторов ценообразования и позволяет получать продукт высокого качества. Однако это достижение сопровождается неизбежными инженерными сложностями, которые в ряде случаев не оправдывают себя из-за их стоимости. Например, для передачи механической энергии на разные слои взбиваемого объема, а также для удержания формы воронки, проводящей газ, и интенсивного послойного перемешивания рабочий инструмент перемещается в пределах этого объема, но узел кинематики для такого перемещения сложен в изготовлении и имеет дополнительное удорожание, связанное с необходимостью использования для него индивидуального электродвигателя, управляемого микроконтроллером со специальной программой, блока питания, датчиков положения, резиновых гофрированных уплотнительных устройств и др.
Задачей данной разработки является создание такого устройства для получения пищевых пенообразных масс, которое производило бы взбивание продукта в целевой газовой среде непосредственно в таре потребителя, но при этом заменило бы сложные технические решения ближайшего аналога на более простые, что позволило бы удешевить конструкцию в целом, одновременно сохранив высокое качество продукта.
Технический результат - упрощение конструкции устройства.
Раскрытие изобретения
Поставленная задача решается тем, что предлагаемое устройство для получения пищевых пенообразных масс, состоящее из механически прочного остова, жестко связывающего все составные части конструкции, вала миксера с взбивающим инструментом, колпака, обеспечивающего ограничение пространства, заполняемого газовым компонентом над емкостью для взбивания, механизма прижима, обеспечивающего контакт колпака и емкости, блока управления, осуществляющего контроль за работой устройства, имеет взбивающий инструмент, равномерно передающий механическую энергию обрабатываемому продукту на разные уровни не за счет своего перемещения по его объему, а за счет введения нескольких инструментов, плотно посаженных на вал миксера на разных уровнях таким образом, что расстояние между ними обеспечивает их гидродинамическое взаимодействие при работе, создавая тем самым одновременное и равномерное распределение поля механической энергии по всему взбиваемому объему без дополнительных перемещений. Под гидродинамическим взаимодействием в данном случае понимается добавление механической энергии вышележащим инструментом вращающейся взбиваемой массе в той точке ее подъема, где мощность ее потока, создаваемого нижележащим инструментом, начинает угасать. Это позволяет поднять жидкость еще выше, тем самым заставляя ее занять еще больший объем, т.е. распределиться в нем еще более мелкими фракциями, пространство между которыми мгновенно занимает газовый компонент. Предпочтительно использовать в качестве инструментов гладкие диски диаметрами от 8 мм до 42 мм, имеющие возможность изменения расстояния между собой в пределах от 0,5 до 3 диаметров для подстройки гидродинамических параметров под наилучшие для конкретной жидкости. Количество взбивающих инструментов зависит от геометрии емкости для взбивания - ее высоты, диаметра, конусности, свойств жидкого компонента, таких как вязкость, плотность и др., и может составлять от 1 и более инструментов. При использовании нескольких инструментов, с целью облегчения прохождения газового компонента из пространства под колпаком через тела верхних инструментов к нижним, в них могут предусматриваться проходные отверстия, располагаемые ближе к оси вращения, то есть в зоне действия центробежных сил, отбрасывающих жидкий компонент от оси и тем самым образующих вокруг вала миксера воронку или канал, пригодный для прохождения газа к нижним слоям. Колпак имеет на своем теле контактную площадку, например, выполненную в форме углубления, таких размеров, которые позволяют принимать к контакту внешний контур потребительской тары, например верхние кромки одноразовых стаканчиков стандартных типоразмеров, создавая тем самым ориентацию потребительской тары по трем координатам и обеспечивая ей однозначное расположение в пространстве. Колпак аккумулирует целевой газ и имеет для этого два штуцера, один из которых - входной, соединен с помощью трубопровода с источником газа, а второй - выпускной, сообщается с атмосферой. Источником газового компонента может служить заправленный газом баллон, автономное устройство, вырабатывающее газ на месте, например кислородный концентратор или генератор, одноразовый газовый баллончик и др., обеспечивающие поток в пределах от 0,1 л/мин до 8 л/мин. Для рационального использования газа на подающем трубопроводе может устанавливаться электромагнитный клапан, соединенный с блоком управления и выполняющий открытие и закрытие канала в соответствии с управляющими воздействиями, а также датчик малого давления, сигнализирующий о наличии газа в системе. В тех случаях, когда взбиваемому продукту не требуется придания функциональных свойств с помощью определенного газа, например кислорода, азота и др., а нужен только воздух, то источник газа не активизируется, и в этом случае поступление воздуха под колпак осуществляется из атмосферы естественным образом через выпускной штуцер. Если качество окружающего воздуха по каким-либо причинам является неудовлетворительным, то используемый воздух может подвергаться дополнительной обработке по его очистке или приданию дополнительных свойств соответствующими специальными средствами, например ионизатором, фильтрами, бактерицидными лампами и др. Кроме этого колпак осуществляет защитные функции, например от выброса наружу случайных брызг при взбивании и, наоборот, от случайного попадания загрязнений извне во взбиваемый продукт. Тара потребителя, например пластиковый стаканчик, прижимается к колпаку с помощью механизма прижима, который создает силу, действующую снаружи на дно стаканчика для плотного прилегания его верхней кромки к контактной площадке колпака, а также придания ему устойчивого положения в пространстве. Механизм прижима может быть выполнен, например, в виде фигурного рычага, ось вращения которого располагается в пространстве под стаканчиком с таким расчетом, что при установке стаканчика в контактную площадку колпака и переводе фигурного рычага в крайнее, зажимающее положение, он, слегка сдавливая его дно, проходит через зону максимальной деформации на общей оси, т.е. мертвую точку, и занимает положение немного за ее пределом, но остается в зоне упругости зажатого стаканчика, тем самым надежно фиксируя его. Дополняя механизм фигурного рычага в крайних положениях контактными микропереключателями, связанными с блоком управления, можно передавать блоку управляющие сигналы, включающие те или иные исполняемые команды. Например, крайнее фиксирующее положение рычага зажимает стаканчик и через нажатый микропереключатель дает команду на включение процесса приготовления. Противоположное крайнее положение рычага освобождает стаканчик с готовой продукцией от зажима для передачи потребителю и так же имеет микропереключатель, но его контактная кнопка защищена, например, пружиной, предотвращающей случайное нажатие рычага на нее. Когда необходимо включить режим мойки, оператор, воздействуя на рычаг и преодолевая усилие пружины вручную, замыкает контакты микропереключателя, при этом вал миксера приводится от блока управления в кратковременное вращение для того, чтобы можно было в ручном режиме погрузить его в специальную емкость с моющим раствором. Блок управления, помимо управляющих воздействий, способен вести функции учета, например информировать визуально о количестве выполненных циклов с помощью встроенного светового индикатора, а также передавать эти данные по стандартному интерфейсу RS-232 в систему автоматизированного учета. Для работы со стаканчиками из бумаги или из твердых материалов, таких как сталь и пр., прижимающая часть фигурного рычага может быть выполнена в виде вращающегося ролика, покрытого эластичным материалом с таким расчетом, что сила прижатия стаканчика создается за счет упругих свойств этого эластичного материала. Для этих же целей в конструкцию рычага могут быть введены специальные пружины.
Таким образом, с помощью совокупности перечисленных компонентов устройства, таких как остов, вал миксера с одним или несколькими рабочими инструментами, установленных на разных уровнях взбиваемой массы в пределах их зон гидродинамического взаимодействия и имеющих проходные отверстия для подвода газа к нижним слоям по образующемуся каналу воронки, емкости с жидкостью для взбивания, колпака, имеющего контактную площадку для установки в нее верхней кромки емкости и формирования таким образом замкнутого объема над жидкостью с целью аккумуляции в нем газового компонента, источника газа с трубопроводом, подающим газ под колпак, механизма прижима, обеспечивающего плотное прилегание емкости для взбивания к контактной площадке колпака с фиксацией положения емкости в пространстве и блока управления, контролирующего весь процесс, используемых все вместе как единое целое, решается задача, стоящая перед данным изобретением, а именно - значительно упрощается механика процесса, описанного ближайшим аналогом, что приводит к удешевлению конструкции за счет сокращения количества деталей и комплектующих, снижения трудоемкости изготовления и служит причиной к уменьшению стоимости производимого пищевого продукта, сохраняя при этом его высокое качество.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретным примером его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг.1 изображает общий вид устройства, продольный разрез;
фиг.2 изображает рабочий инструмент с проходными отверстиями, вид сверху;
фиг.3 изображает фигурный рычаг, прижимающий дно стаканчика, вид спереди.
Лучший вариант осуществления изобретения
Устройство для получения пищевых пенообразных масс, согласно изобретению, имеет остов 25, в верхней части которого жестко крепятся мотор 7 и колпак 6, а в нижней части - механизм прижима, которые геометрически взаимосвязаны так, что в своем рабочем состоянии обеспечивают устойчивое зажатие стаканчика 15 в вертикальном положении, источник газа 1, подающий трубопровод 2 с датчиком давления 28 и управляемым клапаном 3, посредством которых газовый компонент через входной элемент 4 (например, щтуцер) попадает в пространство под колпаком 6. В свою очередь, колпак 6, в котором имеются отверстия для подвода газа 13 и для выхода газа 5, а также осевое отверстие 23, через которое от мотора миксера 7 пропускается вал 8 с взбивающими инструментами 9 и 10, в нижней части имеет контактную площадку 11, выполненную в форме углубления. В контактной площадке имеется вертикальный подвижный штифт 12 Т-образной формы, который в своем верхнем положении замыкает контакт микропереключателя 14 в том случае, если стаканчик 15 установлен для работы.
В пространстве под стаканчиком, на остове 25 (на чертеже показан условно и фрагментарно), жестко связывающем верхнюю и нижнюю части всей конструкции устройства, установлен механизм прижима, состоящий из фигурного рычага 17 и нажимной лапки 19, жестко связанных между собой и закрепленных на поворотной оси 18 (фиг.3). Фигурный рычаг прижима имеет три основных положения (фиг.1): I - начальное положение, при котором нажимная лапка 19 опирается на пружину 22, при этом имеется достаточно пространства для введения стаканчика 15 в рабочую зону под колпаком; II - рабочее положение, при котором фигурный рычаг 17, воздействуя на дно, прижимает стаканчик 15 к контактной площадке 11, используя силу упругости материала стаканчика и свое расположение за "мертвой точкой", проходящей через осевую линию. В результате, в положении II рычаг 17 попадает в однозначное фиксирующее положение, так как больше не имеет возможности самостоятельного поворота: с одной стороны его ограничивает "мертвая точка", а с другой - нажимная лапка 19, опирающаяся на микропереключатель 20; III - вспомогательное положение, служащее для кратковременного включения двигателя миксера 7 за счет нажатия лапки 19 на микропереключатель 21 и позволяющее выполнять вспомогательные операции, например, с помощью центробежной силы сбросить с инструмента 9 и 10 остатки взбитой массы в мобильный каплесборник или вручную погрузить вращающийся инструмент в компактную емкость с моющим раствором.
Управление и контроль над работой устройства осуществляется блоком управления 24, который обрабатывает сигналы, поступающие от периферийных датчиков положения, таких как микропереключатели 14, 21, 20 и датчик низкого давления 28, который сигнализирует, что газ в систему подается. Управляющие воздействия на включение/отключение передаются клапану 3 и мотору миксера 7 согласно заложенной в микроконтроллер программе, а контрольная информация о количестве произведенной продукции выводится на встроенный световой индикатор 26 и может передаваться через кабельный вывод в систему автоматизированного учета через разъем 27 с помощью стандартного интерфейса RS-232.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
В источнике газа 1 с помощью регулирующей арматуры устанавливают постоянный газовый поток, предпочтительно в пределах: расход от 0,1 до 8 л\мин, давление от 0,01 до 2 атм. По гибкому трубопроводу 2 газ проходит через датчик низкого давления 28, который сигнализирует блоку управления 24 о том, что газ в системе имеется и выполнение последующих программных действий разрешается, и далее доходит до нормально закрытого электромагнитного клапана 3, ожидающего команды на включение от управляющей программы. Оператор с помощью мерной емкости наполняет пластиковый стаканчик 15 взбиваемой жидкостью, вставляет его верхней кромкой в контактную площадку 11 колпака 6, отчего подвижный штифт 12 поднимается и замыкает контакт микропереключателя 14, что сигнализирует блоку управления 24 о наличии в системе емкости для взбивания. Далее оператор переводит фигурный рычаг 17 в положение II, при котором стаканчик 15 плотно прижимается к контактной площадке 11 колпака 6, а нажимная лапка 19 замыкает контакт микропереключателя 20, что сигнализирует блоку управления 24 о том, что емкость для взбивания плотно зафиксирована. Блок управления 24, получив все три сигнала - от микропереключателей 14, 20 и датчика 28, о готовности системы, включает управляющую программу, которая открывает клапан 3 для прохода газа по трубопроводу 2 через входной штуцер 4 в замкнутое пространство, образованное колпаком 6 и стаканчиком 15, где заменяет с помощью продувки имеющийся там воздух на целевой газовый компонент, например кислород, в течение установленного программой времени. После полной замены воздуха на целевую газовую среду, включается мотор миксера 7, который приводит во вращение вал 8 с инструментами 9 и 10 с предпочтительной рабочей скоростью, находящейся в диапазоне от 6000 до 24000 об/мин. Получая за счет трения механическую энергию от вращающихся дискообразных инструментов, жидкость также приходит во вращение и, благодаря возникающему насосному эффекту, поднимается, но на определенную высоту. Чтобы поднять жидкость еще выше и тем самым заставить ее занять еще больший объем, то есть распределиться в пространстве еще более мелкими фракциями, в системе имеется дополнительный инструмент 10, располагаемый в той точке подъема жидкости, где мощность ее потока, создаваемая инструментом 9, начинает угасать. Благодаря этому механическая энергия в потоке распределяется более равномерно и вокруг вала 8 образуется устойчивая воронка, играющая роль канала для подвода целевого газа к нижним слоям взбиваемого объема. Так как диаметр воронки меньше диаметра дискообразного инструмента, то в нем, для прохождения газа вдоль поверхности вала 8, сделаны проходные отверстия 16 (фиг.2). Двигаясь по воронке, а также через проходные отверстия, газ попадает на поверхность быстровращающегося гладкого диска, периферийная часть которого погружена в жидкость, а центральная часть, за счет центробежных сил, свободна от жидкости и контактирует с газовым компонентом. На границе раздела газа и жидкости из-за разности скоростей между вращающимся диском и вращающейся жидкостью, образуются завихрения, формирующие пузырьки газового компонента, увлекаемые центробежными силами от центра к периферии. При движении этих пузырьков вдоль поверхности диска их нижняя часть контактирует с диском, а верхняя - с жидкостью, в результате чего из-за разности скоростей газовый пузырек растягивается, утончается и при достижении критической деформации из него формируется несколько еще более мелких пузырьков, которые и превращают взбиваемый продукт в мелкодисперсную пену. Отработав установленное для взбивания время, блок управления 24 останавливает работу двигателя 7, отключает клапан 3 и изменяет значение цифрового индикатора наработки 26 на единицу, а так же дублирует эту информацию на выход 27 канала RS-232. Оператор в ручном режиме, удерживая стаканчик 15 одной рукой, а другой - переводя рычаг 17 в положение I (фиг.1), извлекает его из контактной площадки 11 и передает готовый продукт потребителю. Для очистки вала 8 и инструментов 9 и 10 от остатков пены, оператор подносит к ним мобильный каплесборник в виде цилиндрической емкости и переводит рычаг 17 в положение III (фиг.1), при котором происходит кратковременное включение двигателя 7 и сброс остатков пены в каплесборник за счет центробежных сил. Таким же образом можно промыть рабочий инструмент, погрузив его в емкость с моющим раствором.