УСТРОЙСТВО ДЛЯ СМЕШИВАНИЯ ЖИДКОСТИ И ГАЗА

Заявляемая полезная модель относится к средствам для смешивания жидкости и газа при приготовлении различных напитков, например, при смешивании жидкого кофе с азотом с созданием пены или пузырьков газа.
Из уровня техники известны различные устройства для смешивания жидкости и газа, используемые в различных сферах производства и потребления (нефтегазовая промышленность, карбюраторы автомобильных двигателей, различные установки для гидро-воздушных сред и т.п.) с использованием динамики текущих сред и имеющих в конструкции конфузоры, камеры смешивания и диффузоры, параметры которых играют важную роль для повышения эффективности, КПД или уменьшения потерь. Устройства, использующие динамику текущей среды, называются эжекторами. Ряд устройств работают с использованием дополнительных пневмо- или гидронасосов в системах для создания давления на среду (патент РФ 2508477, опубл. 27.02.2014, патент РФ 2652707, опубл. 28.04.2018, пат. 2571198, опубл. 20.12.2015, патент РФ №2367508, МПК B01F 3/04, опубл. 20.09.2009 г. ЕР 0813834 В1, опубл. 29.12.1997.
Смешение жидкости и газа осуществляется с использованием широко известного принципа трубки Вентури с подсасыванием жидкости за счет создания разрежения в зауженной части. Так, карбюраторы двигателей внутреннего сгорания используют смешивание воздуха с бензином, когда в трубе имеется зауженная часть (диффузор), в котором скорость газового потока (воздуха) увеличивается, при этом давление уменьшается и при установке в диффузоре сопла с подводом к нему бензина на уровень среза сопла происходит истечение капель бензина в разреженное пространство диффузора. Таким образом, в общем виде, осуществляется подвод (добавка) жидкости к газу. При этом газ не находится под давлением.
В нефтеперерабатывающей промышленности известны, в частности, установки для эжекции газа в поток жидкости в нефтесборных трубопроводах и системах поддержания пластового давления.
Так, например, известны эжекторы, предназначенные для смешения двух сред, например, вода и газ, в которых одна среда, находясь под давлением, воздействует на другую и, увлекая за собой, выталкивает ее в необходимом направлении и образует смешанный поток. На этом принципе построен эжектор, содержащий сопло, коническую приемную камеру, цилиндрическую камеру смешения, диффузор [Струйные аппараты. - 3-е изд. Переработанное. - М.: Энергоатоиздат, 1989. - с. 36]. Это устройство обладает высоким коэффициентом эжекции и способно создавать разрежение. Недостатком данного устройства является высокий уровень потерь напора при выходе из эжектора.
Известен эжектор для дозирования газообразного хлора [патент РФ №2367508, МПК B01F 3/04, опубл. 20.09.2009 г.], содержащий узел для подвода исходной воды, находящейся под давлением, сопло, рабочую камеру, камеру смешения, диффузор, узел подвода эжектируемого газообразного хлора, узел для отвода смешанного потока обработанной хлором воды, причем эжектор выполнен с конфигурацией внутреннего продольного сечения, геометрические параметры которого: диаметр выходного сопла D, длина рабочей камеры L, диаметр камеры смешения D1, длина камеры смешения L1, длина диффузора L2, выходной диаметр диффузора D2 взаимосвязаны числовым соотношением размеров, а именно: D1=1,25D, D2=2,5D, L=1,75D, L1=1,75D, L2=7,75D.
Недостатком данной конструкции также является сравнительно невысокий коэффициент восстановления давления.
Для эжекции попутного нефтяного газа (ПНГ), выделяющегося при сепарации нефти, не требуется создания разрежения, в газовой линии поток движется под давлением от 0,1 до 0,5 МПа, однако необходим высокий коэффициент восстановления давления, что обусловлено целесообразностью использования имеющегося парка насосного оборудования.
Техническим результатом следующего изобретения является увеличение коэффициента восстановления давления при максимальном уровне расхода газа.
Указанный результат достигается устройством для эжекции низконапорного газа в поток жидкости, находящейся под давлением, выполненным в виде конфузорно-диффузорного перехода, имеющего профиль Вентури со щелью эжекции в области сужения, и содержащим конфузор, диффузор, входной патрубок для подачи газа, расположенный в области сужения и сообщающийся с щелью эжекции с созданием зоны смешения в потоке жидкости, а щель эжекции образована внешней конусной поверхностью сопла конфузора и внутренней криволинейной поверхностью входного отверстия диффузора, причем минимальный диаметр входного отверстия диффузора составляет (1,0-1,15) от диаметра сопла конфузора (патент РФ на изобретение №2508477, приор. 30.08.2012, публ. 27.02.2014, МПК F04F 5/04 (2006/01)).
Технический результат вышеуказанного изобретения достигается благодаря расчетно-экспериментальной оптимизации геометрии зоны эжекции, образованной вокруг щели эжекции, при сохранении гидравлически оптимального профиля Вентури. В предложенном техническом решении использование конфузорно-диффузорного перехода для эжекции газа без промежуточных элементов, таких как рабочая камера, камера смешения, позволяет по сравнению с аналогами уменьшить гидравлические потери и, следовательно, достичь максимального коэффициента восстановления давления.
Вышеописанное изобретение также относится к нефтеперерабатывающей промышленности, в частности к установкам для эжекции газа в поток жидкости в нефтесборных трубопроводах и системах поддержания пластового давления.
Обращаем внимание на использование конфузорно-диффузорного перехода для эжекции газа без промежуточных элементов, таких как рабочая камера, камера смешения. При этом газ находится под неконтролируемым давлением в пласте и подсасывается в зону смешения за счет эжекции.
Известен также принцип смешения газа и жидкости, при котором газ подмешивается (добавляется) к жидкости. При этом газ находится под давлением. Применительно к напиткам, широкое и давнее применение нашли аппараты для газированной воды (сатураторы) с использованием баллонов с углекислым газом, находящимся под давлением.
В других случаях используется принцип смешения жидкости и газа, когда газ находится под давлением и жидкость (напиток, например) также поддавливается гидронасосом, находящимся в трассе подачи жидкости.
В другом варианте, вместо гидронасоса, жидкость, находящаяся в резервуаре, может поддавливаться сжатым газом, подводимым от баллона со сжатым газом.
Определенную популярность в Интернете приобрели комбинированные малогабаритные установки в т.ч. настольные, в которых устройства для приготовления напитков с газом монтируется в корпусе, в котором находится и газовый баллон, и резервуар для напитков.
Из уровня техники известны следующие основные типы устройств для смешения жидкости (различных напитков) и газа:
1) Принцип сифона. Применительно к азоту используется резервуар с напитком (обычно небольшой, объемом от 0.5 до 3 литров), который насыщается азотом путем интенсивного, продолжительного встряхивания - процесс трудоемкий не быстрый, результат не стабильный: http://new.slon-tea.ru/wa-data/public/blog/img/nitro.ipg; http://ae01.alicdn.com/kf/HTB1HWd5bkH0gK0jSZPiq6yvapXam.jpg_q50.jpg
http://new.slon-tea.ru/wa-data/public/blog/img/nitro.jpg-GALIMAX.
В принципе сифона азот плохо растворим в жидкости. Для достаточного его растворения в жидкости необходимо давление свыше 50 атм., что выполнимо только в лабораторных условиях. В условиях, например, бара для насыщения жидкости азотом необходимо резервуар с жидкостью и азотом встряхивать, что весьма неудобно и трудоемко, если бармен осуществляет такую процедуру много раз за день и выполняет ее ежедневно. Кроме того, существенным недостатком в этом случае является нестабильность и непредсказуемость образуемого напитка в части объема насыщения жидкости азотом, а также количеством и размером пузырьков.
2) Принцип сатуратора. В случае с азотом, его использование не эффективно, т.к, N2 плохо растворим в жидкости, следовательно - смешивание не стабильное, КПД низкий.
в отличие от типа 1), встряхивание в сатураторе осуществляется в автоматическом режиме: https://do.e1.ru/preview/do/9465cae4e8e93f0b33534ec9d57552c6_1512707923_750_1000.jpg
Кроме того, сатуратор эффективен при смешивании жидкости с углекислотой (давление достаточно в 1 атм.).
3) Насыщение непосредственно в кеге (Корнелиусе), с использованием «камня» (фильтра) - не стабильный, долгий процесс, в некоторых случаях чтобы добиться лучшего и более долгого эффекта лавины (пузырьков) смешивают газы N2/CO2, что применимо к сортам пива, но не к кофе, т.к. углекислота искажает естественный вкус напитка.
Все эти три типа известных устройств не дают стабильного либо эффективного смешивания.
Известно устройство для разлива напитков, содержащее средство для приема контейнера для ингредиента и регулятор давления газа, и способ разлива напитка, применяемый таким устройством (пат. РФ 2687807, публ. 16.05.2019, B67D 1/00 (2006/01). Устройство представлено в схематическом виде и представляет собой один из вариантов устройств по разливу напитков с добавлением газа.
Ниже речь пойдет об устройствах для приготовления напитков с газом, входящих в состав установок с баллонами для жидкости и газа.
Из уровня техники известна коробка для нитро-заварки Curtis Nitro Infuser Box 2 Heads NIB2. Она:
- Добавляет азот, чтобы сделать разливные напитки более сладкими, густыми и кремовыми без добавления калорий
- Отлично подходит для пива, холодного кофе, каскара и маракуйи
- Соединения Speedfit упрощают установку трубок для системы Curtis Nitro-Infusion.
- Разъем 3/8 "с возможностью посадки, максимальное давление N2 50 фунтов на кв./дюйм
- 2 головки, подключается к 2 кегам для напитков / 2
Ниже приведены краткие сведения об устройстве с информацией рекламного характера, которые дают представление о назначении подобных устройств и сфере их использования: «Эта коробка для нитро-заварки Curtis NIB2 - это отличный способ легко добавить азот в ваши разливные напитки для неповторимого вкуса, который заставит клиентов возвращаться! Азот отлично подходит для напитков в бочках, таких как холодный кофе, каскара и маракуйя, потому что он придает им дополнительную сладость, более плотное тело и кремовый вкус без добавления калорий. Бары и пивоварни также могут использовать его для придания мягкости вкусу пива всех сортов, особенно темного. Однако возможности выходят далеко за рамки этого - добавьте его практически в любой напиток - чтобы предложить своим клиентам уникальный вкус!
И что самое приятное, что эта система для инфузии проста в настройке - подключите до 2 бочек с напитком к коробке для инфузора, подключите емкость для азота и подключите коробку для инфузора к кранам. Отрегулируйте уровень азота для каждого крана в соответствии с желаемыми настройками, используя регуляторы на коробке, и вы готовы начать подачу! Коробка для инфузора позаботится обо всем остальном, с игольчатыми клапанами, чтобы обеспечить точное, последовательное регулирование содержания азота, и двойной вихревой дизайн, который создает миниатюрный «водопад» азота во время разлива напитка. Это добавляет много визуальной привлекательности, когда вы обслуживаете клиентов, но также создает долговременную привлекательность напитка.
Эта коробка для инфузора поставляется с монтажным кронштейном для облегчения установки и выполнена из нержавеющей стали, поэтому ее можно устанавливать даже в условиях повышенной влажности и холода, не опасаясь ржавчины. Его система подключения Speedfit облегчает настройку всех ваших соединительных трубок (продается отдельно), она использует 3/8" быстросъемное соединение для входа/выхода напитка и для подключения азота. Электрическое подключение не требуется. Максимальное давление азота составляет 50 фунтов на квадратный дюйм.». Габаритные размеры: ширина - 163 мм, глубина - 254 мм, высота - 121 мм. (https://labcoffee.ru/magazin/product/curtis-nitro-infuser-box-2-heads-nib2). Техническое решение устройства раскрывается (с. 16): https://cdn.wilburcurtis.com/sites/default/files/manuals/F-10115.pdf.
Схема устройства представляет собой линейное последовательное расположение элементов, находящихся в закрытом корпусе: фитинг входа продукта, фитинг выхода продукта, фитинг входа газа, обратный клапан газовой магистрали, регулятор подачи газа. Т.о. в схеме отсутствует обратный клапан жидкостной магистрали, обратный клапан газа находится в цепочки магистрали. В такой схеме коммутации фитинги на входе и выходе необходимы.
К недостаткам этого изделия можно отнести значительные габариты и высокую стоимость устройства.
Известно устройство для добавления газа в жидкость, например, азота в кофе или чай (www.micromatic.com, https://www.micromatic.com/sites/5/images/productgalleries/MININIMV1/MiniNIM-setup_600x.ipgV В руководстве (2205_MININIMV1UserManual) по эксплуатации устройства Nitrogen Gas Infusion Module - MININIMV 1, размещенном на сайте, раскрыто компоновочное конструкторское решение устройства и схема его подключения. Так на схеме представлены: газовый баллон с азотом, подключенный к устройству, кега (баллон) с напитком (жидкость поддавливается сжатым газом), подключенная к трубопроводу газового канала. От кеги идет также трубопровод, разветвляющийся на ветвь, соединенную со входом в устройство, и на ветвь, соединенную с краном подачи напитка (без газа) потребителю.
Конструкция устройства (см. раздел 4 руководства (2205_MINrNIMV1UserManual) включает корпус, представляющий собой металлический П-образный короб, согнутый из листового металла, открытый сверху и спереди и после сборки содержимого закрываемый крышкой спереди и сверху. Внутри к боковым стенкам корпуса через соответствующие отверстия в них крепятся горизонтально: снизу - узел подачи газа (слева) и регулятор подачи газа (справа), а сверху - узел смешивания (или узел эжекции - эжектор) с отверстием для подвода газа от регулятора снизу, подвода жидкости (справа) и отвода газожидкостной смеси - слева. Корпус узла эжекции выполнен цилиндрическим и из пластмассы. Из пластмассы выполнены также узлы подвода газа, подвода жидкости и отвода газожидкостной смеси. Регулятор давления газа выполнен из металла. Соответственно снаружи корпуса имеются три отверстия - входные и выходные разъемы, которые служат:
- входной разъем для подвода газа (слева, снизу),
- входной разъем для подвода напитка (справа, вверху),
- выходной разъем для отвода напитка с газом (слева, вверху) на кран потребителю.
Справа внизу на корпусе имеется рукоятка для регулировки давления подводимого газа. Таким образом, подвод жидкости и отвод газожидкостной смеси производится вдоль оси цилиндрического корпуса узла смешивания с торцов этого корпуса. Это обстоятельство является существенным с точки зрения влияния на размеры габаритов устройства в целом и, конкретно, - при определении длины (Д) устройства.
Внутреннее устройство узла эжекции не раскрывается. Техническое решение вышеописанного устройства принимается за прототип.
К недостаткам прототипа можно отнести его достаточно сложную конструкцию, относительно большие габариты (В × Д × Ш - 132×121×49 мм - с креплениями, 116×86×49 мм - корпус), обусловленные выбранной компоновкой и размерами его узлов. Существенным моментом прототипа является то, что, обратный клапан жидкостной магистрали находится вне корпуса устройства, хотя габариты прототипа остаются достаточно большими. Кроме того, в прототипе используются на корпусе наружные фитинги, усложняющими конструкцию устройства. Кроме того, у прототипа для точной коректировки расхода газа при необходимости поворота ручки свыше 360 градусов необходим разбор устройства и выполнение технических манипуляций для фиксации ручки в нужном положении. Кроме того, изделие достаточно затратное и имеет высокую стоимость, что ограничивает его широкое использование, в т.ч., например, для частного пользования (в семье).
В заявляемой полезной модели используется исключительно метод инфузии (смешения) - напиток смешивается непосредственно в потоке при помощи устройства, конструкция которого раскрывается ниже. При этом учитываются следующие особенности и получаются следующие результаты:
- Качественное насыщение
- Только азот (N2) и напиток
- Стабильное смешивание каждой порции
- Простота в обслуживании и эксплуатации
- Легкая чистка системы
- Более стойкий, безупречный эффект лавины, нежная глянцевая пенка (без крупных пузырей)
- Легкий монтаж
- Не требует электрического подключения.
Технический результат заключается в создании устройства для смешивания жидкости (напитков) и газов, обладающего минимальными габаритами, максимально простой и компактной (портативной) конструкцией, имеющей небольшую стоимость по сравнению с аналогами и прототипом, решающей важную функциональную задачу по создания качественной, устойчивой и регулируемой по соотношениям компонентов (жидкость-газ) газожидкостную смесь на выходе из устройства.
Достижение технического результата стало возможно благодаря решению следующих конструктивных и функциональных задач с получением положительных свойств и преимуществ устройства:
- узел смешивания пристыковывается к корпусу, обеспечивая минимальные размеры устройства;
- крепление обратных клапанов осуществляется непосредственно к узлу смешивания, что обеспечивает создание минимального объема подводящих к камере смешивания каналов для жидкости и газа;
- расстояние соединений между регулятором расхода газа и обратным клапаном, а также между обратным клапаном и узлом смешивания - минимальное, что предотвращает излишнее скопление газа между регулятором газа и камерой смешения в момент ожидания до пролива следующих порций, позволяя добиться более равномерной консистенции каждой порции насыщенной газом;
- на корпусе, по обе стороны от регулировочной ручки имеются монтажные отверстия, позволяющие удобно монтировать / демонтировать устройство к монтажной пластине, которая помимо фиксации устройства к поверхности дает возможность выстраивать дополнительные линии разлива различных напитков;
- компактность, размеры, В × Д × Ш (для горизонтального положения (плашмя)) - 20×90×36 мм;
- удобство монтажа самого устройства, в смысле доступа к крепежным отверстиям, расположенных на лицевой поверхности;
- одностороннее подключение трубопроводов подачи жидкости, газа и отвода газожидкостной смеси, с целью обеспечения компактности оборудования;
- удобство настройки расхода газа, в смысле доступа к ручке регулятора, стопорного винта ручки, находящихся на лицевой поверхности устройства позволяет производить настройку без разбора устройства (в отличие от прототипа);
- отсутствие необходимости в использовании фитингов, т.к. коммутация магистралей происходит непосредственно на обратный клапан жидкости, на регулятор расхода газа и на коннектор магистрали газожидкостной смеси, установленных на самом узле смешивания, а не по ходу линейной схемы подключения узлов системы. Такой подход в заявляемой конструкции также позволяет максимально упростить устройство и уменьшить его стоимость;
- функциональным преимуществом конструкции заявляемого устройства, улучшающим качество получаемой смеси, является минимизация объемов каналов подвода жидкости и газа к камере смешивания, вследствие расположения обратных клапанов непосредственно в узле смешивания, для предотвращения излишнего скопления газа перед камерой смешивания в момент ожидания раздачи смеси, что позволяет добиться оптимального соотношения газа и жидкости в получаемой смеси.
Технический результат достигается решением технической задачи по созданию устройства для смешивания жидкости и газа, состоящего из корпуса, узла подвода жидкости, узла подвода газа с регулятором расхода газа, узла смешивания жидкости и газа, узла отвода газожидкостной смеси, обратного клапана жидкостной магистрали, крышки, характеризующегося тем, что:
- устройство представляет из себя моноблок на базе цельного корпуса с пристыкованным вплотную и прикрепленным к нему узлом смешивания;
- корпус устройства представляет собой цельную малогабаритную и компактную конструкцию, с поверхностью (например, плоскостью) для установки и крепления узла смешивания непосредственно к корпусу;
- узел смешивания представляет собой цельную (монолитную) плиту (или кусок материала), большей частью в форме параллепипеда, имеющей, по меньшей мере, поверхность (например, плоскую) для непосредственного примыкания к соответствующей (например, плоской) поверхности (нижней) части корпуса, в плите выполнены каналы и отверстия для подвода жидкости и газа, образующие камеру смешивания, отверстие для отвода газожидкостной смеси из камеры смешивания, а также технологические (горизонтальные) отверстия.
Понятия «горизонтальный» и «вертикальный» носят условный характер и предназначены исключительно для удобства ознакомления с нижеописанными фигурами заявляемой полезной модели.
- обратный клапан жидкостной магистрали расположен внутри корпуса устройства; В прототипе этот клапан вынесен вне корпуса устройства (см. раздел 6 руководства - CONNECTION EXAMPLES - 2205_MININIMV1UserManual).
Кроме того, устройство характеризуется тем, что на узле смешивания непосредственно (без промежуточных элементов) крепятся обратный клапан жидкостной магистрали, обратный клапан газовой магистрали и коннектор (соединитель или фитинг) магистрали газожидкостной смеси;
Принципиально важным является то, что крепление обратных клапанов осуществляется непосредственно на узле смешивания (без промежуточных элементов - такого нет ни в одном из анализируемых авторами устройств), что является функциональным преимуществом конструкции заявляемого устройства, улучшающим качество получаемой смеси путем минимизация объемов каналов подвода жидкости и газа к камере смешивания, вследствие расположения обратных клапанов непосредственно в узле смешивания (другие неиспользуемые в заявляемом устройстве термины - эжекция или инфузия), для предотвращения излишнего скопления газа перед камерой смешивания в момент ожидания раздачи смеси, что позволяет добиться оптимального соотношения газа и жидкости в получаемой смеси.
- камера смешивания жидкости и газа образована пересечением каналов подвода жидкости и газа с горизонтальным каналом узла смешивания;
При этом, в зависимости от вязкости или плотности жидкости, соотношения диаметров и длин каналов могут меняться. В узле смешивания используются специальные калиброванные каналы.
Кроме того, устройство характеризуется тем, что оно имеет одностороннее подключение трубопроводов подвода жидкости, газа и отвода газожидкостной смеси причем в узле смешивания отверстия для подвода жидкости, газа и отвода газожидкостной смеси расположены на одной его стороне.
Кроме того, устройство характеризуется тем, что в узле смешивания оси отверстий для подвода жидкости, газа и отвода газожидкостной смеси расположены на одной его стороне и соосны друг другу.
Кроме того, устройство характеризуется тем, что отверстия для подвода жидкости, газа и отвода газожидкостной смеси выполнены резьбовыми, в которые непосредственно вворачиваются, соответственно: обратный клапан магистрали жидкости, обратный клапан подачи газа и коннектор газожидкостной магистрали, причем регулятор подачи газа устанавливается по существу непосредственно на обратный клапан подачи газа таким образом, что цилиндрический корпус регулятора устанавливается соосно оси обратного клапана. В прототипе - другая компоновка.
Кроме того, устройство характеризуется тем, что соединение корпуса с узлом смешивания осуществляется с использованием впадины в торцевой (нижней) части корпуса и соответствующим выступом (в верхней части) на узле смешивания.
Кроме того, устройство характеризуется тем, что в узле смешивания расстояние между нижней кромкой резьбового отверстия под обратный клапан подвода жидкости до горизонтального канала, определяется как минимальное, определяемое необходимостью иметь вертикальный канал подачи газа минимальной длины.
Эта конструктивная особенность важна для минимизации объема жидкости, остающейся неопределенное время в зоне смешивания. Так остаток жидкости вчерашнего дня может подпортить вкус первой чашки сегодняшнего кофе с азотом, делая его уже не столь свежим.
Не менее важна эта функциональная особенность для соответствующего расстояния под обратный клапан подвода газа т.к. срабатывает принцип сообщающихся сосудов и застойный напиток также остается в сообщающемся сосуде - канале для газа. Кроме того, одинаковость исполнения обоих каналов удобен технологически.
Кроме того, устройство характеризуется тем, что крышка крепится к корпусу и к узлу смешивания, объединяя эти узлы и делая конструкцию устройства более прочной.
Кроме того, устройство характеризуется тем, что на корпусе, по обе стороны от регулировочной ручки имеются монтажные отверстия, позволяющие удобно монтировать / демонтировать устройство к монтажной пластине, которая помимо фиксации устройства к поверхности дает возможность выстраивать дополнительные линии розлива различных напитков.
Кроме того, устройство характеризуется тем, что корпус выполнен из металла, литым и/или фрезерованным.
Кроме того, устройство характеризуется тем, что узел смешивания выполнен из металла.
При этом в качестве металла для корпуса используется легкосплавный металл.
Конструктивное исполнение устройства для смешивания жидкости и газа в основном варианте исполнения представлено на следующих фигурах:
Фиг. 1 - общая схема установки для приготовления и розлива газированного напитка;
Фиг. 2 - устройство для смешивания жидкости и газа (вид спереди, Г, крышка снята);
Фиг. 3 - узел смешивания (вертикальное сечение А-А);
Фиг. 4 - узел смешивания (вид сверху, Б, повернуто);
Фиг. 5 - корпус устройства для смешивания жидкости и газа (вид спереди);
Фиг. 6 - корпус устройства для смешивания жидкости и газа (вид снизу, В);
Фиг. 7 - крышка устройства для смешивания жидкости и газа (вид спереди);
Фиг. 8 - ручка регулятора расхода газа (сечение);
Фиг. 9 - устройство для смешивания жидкости и газа (вид сбоку);
Заявляемая полезная модель в основном варианте исполнения представлена на Фиг. 1-9. Устройство для смешивания жидкости и газа предназначено для вспенивания жидкости и может применяться в установках разлива газосодержащего напитка, например, с добавлением в жидкий кофе газообразного азота.
На Фиг. 1 схематически представлена установка для приготовления и разлива газированного напитка с заявляемым в качестве полезной модели устройством для смешивания жидкости и газа, содержащая: резервуар 1 газа, находящегося под давлением, узел 2 контроля и регулирования давления газа, устройство 3 для смешивания жидкости и газа, резервуар 4 жидкости, находящейся под давлением, кран 5 раздаточный газожидкостной смеси.
Устройство 3 для смешивания жидкости и газа включает следующие основные элементы:
- клапан обратный 6 магистрали 7 подачи жидкости,
- клапан обратный 8 и регулятор 9 расхода магистрали 10 подачи газа,
- узел смешивания жидкости и газа 11,
- коннектор 12 (Фиг. 2) подключения к магистрали 13 газожидкостной смеси.
Устройство 3 соединяется магистралью 7 с резервуаром 4 жидкости, находящейся под давлением, магистралью 10 с узлом 2 контроля и регулирования давления газа, магистралью 13 с краном 5 раздаточным газожидкостной смеси.
На Фиг. 2 и других последующих фигурах представлено конструктивное исполнение устройства 3 для смешивания жидкости и газа в основном варианте исполнения. Другие возможные варианты исполнения устройства для смешивания жидкости и газа защищены описанной ниже формулой полезной модели с учетом достигаемого технического результата.
Устройство 3 представляет из себя моноблок на базе цельного корпуса 14 с пристыкованным и прикрепленным к нему узлом смешивания 11 и объединенными общей крышкой 15 (Фиг. 7). Крепление узла смешивания осуществляется двумя винтами 16 в резьбовые отверстия 17 и 18 (Фиг. 4). Для удобства монтажа винтов 16 в корпусе 14 выполнены выборки 19 (Фиг. 5). Однозначность фиксации узла смешивания 11 в корпусе 14 обеспечивается специальной формой выступа 20 (Фиг. 3, 4), на торце узла смешивания 11 и соответствующей формой отверстия 21 (фиг.6), на торце корпуса 14.
Корпус 14 представляет собой цельную оптимизированную малогабаритную и компактную конструкцию, позволяющую разместить во внутренней полости все необходимые элементы регулирования и коммутации и их непосредственного (с минимальными расстояниями) соединения с узлом смешивания 11 и другими элементами установки для приготовления и разлива газированного напитка и собственно устройства 3 для смешивания жидкости и газа: клапаном обратным 6 магистрали 7 подачи жидкости, клапаном обратным 8 и регулятором 9 расхода магистрали подачи газа, коннектором 12 подключения к магистрали 13 газожидкостной смеси. В верхней части корпуса имеются соответствующие отверстия для установки трубок соответствующих магистралей - жидкости, газа и газожидкостной смеси.
Клапан обратный 6 предназначен для одностороннего пропускания жидкости из резервуара 4 в узел смешивания 11 с целью предотвращения попадания газа в магистраль 7 подачи жидкости и вворачивается в резьбовое отверстие 22 (Фиг. 3,4). Клапан обратный 8 предназначен для одностороннего пропускания газа из резервуара газа 1 в узел смешивания 11 с целью предотвращения попадания жидкости в магистраль 10 подачи газа и вворачивается в отверстие 23. Коннектор 12 служит для соединения узла смешивания 11 с магистралью 13 газожидкостной смеси и вворачивается в отверстие 24.
Регулятор 9 расхода газа подключается к обратному клапану 8 посредством быстроразъемного соединения при помощи соединителя 25 и крепится к корпусу 14 при помощи крепежного элемента 26, винта 27 к отверстию 28 (Фиг. 5). Для фиксации расположения регулятора 9 расхода газа в корпусе 14 (Фиг. 5) выполнен выступ 29 и боковые стойки 30 и 31.
Узел смешивания 11 представляет из себя цельную плиту, в которой выполнены специальные каналы и технологические отверстия с целью подключения магистрали 7 подвода жидкости и магистрали 10 подвода газа к камере смешивания. Магистраль 7 подачи жидкости присоединяется к отверстию 22, которое через технологическое отверстие 37 и специальный канал 35 соединяется с камерой смешивания, образованной каналом 34 подвода газа от магистрали 10, через отверстие 23, специальным каналом 33 и технологическим каналом 32. Концы 36 технологических отверстий 32 и 37 заканчиваются в зоне их пересечения с отверстиями 22 и 24. Отверстие 24 служит для подключения магистрали 13 газожидкостной смеси. Соотношение геометрических параметров каналов 33, 34, 35, полученное экспериментальным путем, обеспечивает необходимое качество вспенивания жидкости. Технологические отверстия 32 и 37 герметизируются с торцов специальными заглушками (не показаны).
Крышка 15 (Фиг. 7), предназначена для объединения и закрытия корпуса 14 и узла смешивания 11, превращая их в собранном виде в единую конструкцию устройства 3 (Фиг. 9). Крышка закрывается посредством крепежных винтов через отверстия 38, 39, 40, 41 в резьбовые отверстия 42, 43 в корпусе 14 (Фиг. 5) и резьбовые отверстия 44 и 45 в узле смешивания 11 (Фиг. 3). Кроме этого, в крышке 15 (Фиг. 7) выполнено отверстие 46 для выхода винта регулятора 9 расхода газа, а также отверстия 47 и 48 для крепления всего устройства для смешивания жидкости и газа двумя крепежными винтами через отверстия 49 и 50, выполненные в боковых стойках 30 и 31 корпуса 14 (Фиг. 5).
Отверстие 46 имеет ступенчатую форму и образует на большем диаметре 51 выступ 52 (Фиг. 7), который является ограничительным упором для поворота в пределах 360 градусов ручки 53 вала винта регулятора 9 расхода газа. Конструкция ручки 53 (Фиг. 8) вала винта регулятора расхода газа содержит упорный элемент 54, который во взаимодействии с выступом 52 обеспечивает поворот вала винта регулятора расхода газа в пределах 360 градусов. Ручка 53 фиксируется на валу винта регулятора расхода установочным винтом 55.
Собирается установка согласно прилагаемых фигур.
К быстроразъемным соединениям устройства при помощи трубопроводов подключаются магистрали подачи жидкости, газа и выходная магистраль газожидкостной смеси. Открывается запорная арматура на резервуаре газа, находящегося под давлением, производится грубая заводская настройка регулятора расхода газа, для чего демонтируется ручка регулятора, путем отвинчивания установочного винта на ней. Далее следует фиксация ручки при помощи установочного винта, которая обеспечивает ее поворот в пределах 360 градусов - для тонкой регулировки расхода газа при повседневной эксплуатации устройства. Устройство работает следующим образом.
Оператор (продавец в баре или кафе) работает с устройством для смешивания жидкости и газа в соответствии с Руководством по эксплуатации. В частности, он проверяет наличие газа (азота) в газовом баллоне и его параметры (количество и давление), а также определяет наличие продукта (кофе, чай или другой напиток) в продуктовом баллоне (баллонах) и его параметры (количество напитка). В Руководстве прописаны параметры газа и жидкости для каждого продукта. Эти параметры по газу регулируются и контролируются продавцом с помощью регулятора давления газа, находящегося на корпусе узла для смешивания жидкости и газа и контролируются с помощью индикатора. Так, например, можно регулировать размер пены или размеры пузырьков и степень насыщения газом в смеси приготовленного напитка путем настройки подачи газа и подачи напитка. Кроме того, устройство может дополнительно содержать холодильное устройство для охлаждения кофе, что придает напитку неповторимые вкусовые качества.
Анализ патентной и другой информации не выявил решений, аналогичных заявляемой полезной модели, что означает его соответствие критерию «новизна».
Экспериментальные разработки показали работоспособность и эффективность заявляемого решения, что означает его соответствие критерию «промышленная применимость».
Технико - экономические преимущества заявляемой полезной модели.
Устройство для смешивания жидкости и газа входит в комплекс оборудования установки, но может являться и самостоятельным коммерческим продуктом. Оно компактно, недорогое и эффективно при реализации его основной функции - регулирование степени насыщения газом напитка, создание гаммы пузырьков газа, удерживаемых в напитке при его потреблении и способных сделать неповторимым любой напиток, в том числе, охлажденный кофе, обогащенный азотом.