Кран для налива пенных и газированных напитков в открытую тару
TAP FOR FOAM AND CARBONATED BEVERAGES FILLING INTO OPEN CONTAINER

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к торговому оборудованию, и может быть использовано для розлива пенного напитка в бокалы и стаканы, в киосках розничной торговли, в магазинах, ресторанах или барах.
Известно, что при розливе напитков и пива, для их доставки из емкости хранения к наливному крану используется углекислый газ, который достаточно безопасен в обращении, доступен по цене и практически безвреден для обычных людей, не страдающих повышенной кислотностью желудка. Однако, в процессе доставки напитка из емкости хранения к наливному крану, углекислый газ сильно его газирует (особенно если напиток охлажден). При наливе напитка в открытую тару, происходит его дегазация и образуется много пены, которая сильно уменьшает производительность отпуска напитка и требуется периодическое отстаивание открытой емкости для ее оседания. Поэтому к кранам, используемым для налива напитка в открытую тару, предъявляется ряд особых требований.
Во-первых, кран должен обеспечивать в процессе налива минимальную дегазацию напитка, что позволит увеличить скорость налива напитка в открытую тару.
Во-вторых, кран должен обеспечивать точную регулировку скорости налива напитка для обеспечения точности налива в мерную тару.
В третьих, кран должен обеспечивать комфортные условия работы оператора и не требовать ежесекундного его участия в процессе налива напитка.
В четвертых, кран должен быть универсальным, позволяющий работать с различным оборудованием, допускающим к наполнению пластиковые бутылки различных стандартов (например, горлышки стандартов BPF (British Plastics Federation) и РСО (Plastic Closures Only).
Известен кран, который имеет трубчатый корпус с последовательно расположенными трубками большего и меньшего диаметрами, внутри которых установлен подвижный подпружиненный шток, верхний конец которого соединен с ручкой крана, в центре штока закреплена регулирующая шайба, изменяющая при перемещении штока поперечное проходное сечение конического перехода между трубками большего и меньшего диаметра, а внизу шток заканчивается седлообразным клапаном, упирающимся в сливное отверстие крана (см. патент США №6019257, МПК B65D 83/00, 2000 г. ).
Благодаря наличию в центре штока регулирующей шайбы, изменяющей при перемещении штока поперечное проходное сечение конического перехода между трубками, а также на конце штока седлообразного клапана, одновременно изменяющего проходное сечение сливного отверстия крана, удается частично снизить пенообразование при подаче напитка в открытую емкость.
Недостатками известного крана являются, во-первых, то, что регулирующая шайба и седлообразный клапан жестко закреплены на штоке, поэтому при разных проходных сечениях в сливном канале, на выходе крана будет разная степень дегазации напитка.
Во-вторых, в известном кране, производительность подачи напитка и его дегазация связаны между собой обратной зависимостью - чем выше производительность, тем ниже его дегазация. Поэтому, если нужно получить сильно дегазированный напиток, придется очень медленно его наливать и выигрыш в скорости набора емкости из известного крана не будет сильно отличаться от скорости наполнения емкости из обычного крана с периодическими остановками для отстоя напитка.
В третьих, конструкция известного крана предназначена только для розлива в открытую тару (в стаканы, бокалы, банки и т.п.), а значит, не может использоваться совместно с оборудованием для наполнения ПЭТ бутылок.
В четвертых, при эксплуатации известного крана, оператору необходимость все время удерживать в заданном положении подпружиненный кран. С учетом того, что оптимальный режим работы крана (максимальный выход напитка при приемлемой степени его дегазации) находятся в достаточно в узкой зоне регулирования, то такой режим работы оператора является достаточно напряженным, т.к. даже во время наполнения емкости (от нескольких секунд до нескольких десятков секунд) оператор должен постоянно контролировать процесс налива.
Наиболее близким к заявляемому решению и взятый в качестве прототипа, является выпускной кран для налива пенных и газированных напитков, описанный в составе устройства для ручного розлива пенящихся и/или газированных напитков (см. патент РФ на полезную модель №114313, МПК В67С 3/00, 2012 г.), включающий корпус, соединенный с одной стороны с каналом для подачи напитка, а с другой - выпускным каналом, внутри корпуса размещен конус-регулятор скорости налива, соединенный с механизмом его вертикального перемещения, состоящим из эксцентрикового пальца, закрепленного на торце горизонтальной оси крана подачи напитка с противоположной стороны от его поворотной рукоятки и установленного во внутренней полости конуса-регулятора.
Известный кран является сменным оборудованием и устанавливается на место ПЭТ бутылки и рукояткой прижима ПЭТ бутылки герметично поджимается к посадочному месту с выходным наливным каналом для подачи напитка в ПЭТ бутылку. Ручка крана используется для изменения скорости подачи напитка в открытую тару.
Недостатками известного крана являются, во-первых, то, что при наливе напитка в открытую тару, дегазация напитка происходит естественным путем за счет выхода газа через открытую горловину, т.е. путем периодического отстаивания напитка и никаким образом не связана с конструкцией крана.
Во-вторых, скорость налива напитка в открытую тару зависит не столько проходного сечения крана, устанавливаемого его ручкой, сколько от скорости его естественной дегазации в открытой таре.
В третьих, кран не является универсальным, позволяющим работать с ПЭТ бутылками различных стандартов.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в существенном повышении скорости дегазации напитка при обеспечении высокой производительности крана при наполнении открытой тары и одновременном повышении универсальности его применения с оборудованием, использующим горлышки ПЭТ бутылок различных стандартов.
Указанный технический результат в кране для налива пенных и газированных напитков в открытую тару, включающем корпус, соединенный с одной стороны с каналом для подачи напитка, а с другой стороны - с выпускным каналом, причем внутри корпуса размещен конус-регулятор скорости налива, соединенный с механизмом его вертикального перемещения, состоящим из эксцентрикового пальца, закрепленного на торце горизонтального вала, с противоположной стороны от его поворотной рукоятки, и установленного во внутренней полости конуса-регулятора, достигается тем, что внутри конуса-регулятора и/или по его наружной поверхности выполнено несколько сквозных каналов для подачи напитка, соединяющих боковую поверхность конуса с его основанием.
Для обеспечения возможной установки заявляемого крана на аппараты, разливающие напиток в бутылки стандартов BPF или РСО, впускной канал крана оборудован перемещаемым по высоте кольцом-вкладышем, устанавливаемым под различные стандарты ПЭТ бутылок.
Для обеспечения розлива напитка в различную открытую тару (в стаканы, бокалы, банки и т.п.), выпускной канал крана оборудован герметичным резьбовым быстросъемным соединением для установки различных сменных выпускных насадок, различающихся по длине и предотвращающих разбрызгивание напитка.
Для обеспечения дегазации напитка в процессе его прохождения через кран, конус-регулятор выполнен со сквозными каналами, которые могут быть выполнены:
- различной длины (длина канала определяется углом его наклона к продольной оси конуса-регулятора);
- различного диаметра (каналы могут отличаться друг от друга диаметром проходного отверстия);
- различной формой канала (цилиндрической или конической, причем предпочтительней выполнять канал с расширением конуса по ходу движения напитка);
- различным сочетанием между собой каналов, выполненных как внутри конуса, так и/или на его боковой поверхности.
Наличие проходных каналов позволяет начать процесс дегазации напитка по мере прохождения им канала, за счет того, что выход канала связан с открытым воздушным пространством (атмосферой).
Для уменьшения скорости дегазации, все или часть каналов могут быть выполнены коническими, с расширением конуса по ходу движения напитка. В этом случае тонкое отверстие в начале канала фактически будет выступать в качестве форсунки, распыляющей напиток внутрь диффузора, замедляющего скорость потока напитка и ускоряющего его взаимодействие с атмосферой. Поскольку скорость потока в расширяющемся канале определяется квадратичной зависимостью от его сечения, то, например, увеличение проходного сечения канала на его выходе в 3 раза по сравнению с его входом, приведет к замедлению потока в 9 раз.
Также для уменьшения скорости дегазации можно использовать длину канала, поскольку она определяет время взаимодействия напитка с атмосферой. Максимальную длину канала можно получить в случае его выполнения по наружной поверхности конуса-регулятора. В этом случае длина канала будет определяться длиной спиральной канавки, соединяющей верхнюю часть конуса-регулятора с его основанием. В случае, если сечение спиральной канавки по мере движения напитка будет увеличиваться, степень дегазации напитка будет многократно снижаться.
Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет создать универсальный кран для розлива пенных и газированных напитков в открытую тару, который благодаря наличию внутри конуса-регулятора и/или по его наружной поверхности одного или нескольких сквозных каналов позволяет существенно интенсифицировать дегазацию напитка в процессе его розлива в открытую тару, что не имеет аналогов среди известных кранов, а, значит, соответствует критерию «изобретательский уровень».
На фиг. 1-7 представлены различные варианты выполнения заявляемого крана или его основных конструктивных элементов.
На фиг. 1 представлен вариант выполнения заявляемого крана (его осевой разрез) с несколькими, симметрично выполненными относительно оси конуса-регулятора сквозными цилиндрическими каналами одного сечения. Кран включает: сборный корпус 1, состоящий из впускной части 2 и выпускной части 3; корпус 1 установлен на выходной канал 4 аппарата розлива напитка с герметичной прокладкой 5 при помощи подвижного прижима 6, фиксирующего его в аппарате розлива напитка; в соответствии со стандартом используемых ПЭТ бутылок в аппарате розлива, высота фиксации крана (зависит от высоты горлышка бутылки стандарта BPF или РСО) устанавливается при помощи упорного кольца 7 и стопорных винтов 8; внутри корпуса 1 размещен конус-регулятор 9 скорости налива со сквозными каналами 10, соединенный с механизмом его вертикального перемещения и состоящим из эксцентрикового пальца 11, закрепленного на торце горизонтального вала 12 с поворотной рукояткой 13 и герметично закрепленного на корпусе крана накидной гайкой 14; выпускная часть 3 корпуса 1 крана состоит из цилиндрической проточки 15, соединенной с входной частью конфузора 16, выходная часть которого переходит в цилиндрический наливной канал 17, опускаемый в открытую тару 18.
На фиг. 2 в увеличенном масштабе показан фрагмент упорного кольца 7 и стопорных винтов 8 на впускной части 2 корпуса, где при помощи конусных проточек 19а и 19б выбирается стандарт BPF или РСО, который использует аппарат розлива напитка.
На фиг. 3а и 3б представлены фрагменты выполнения выпускной части 3 с различными быстросъемными насадками. На фиг. 3а представлен вариант насадки 3а для мелкой тары, где: 20 - короткая насадка; 21 - быстросъемное резьбовое соединение (1,5-2 витка резьбы); 23 - герметизирующая прокладка. На фиг. 3б представлен вариант насадки 3б для глубокой тары, где: 23 - короткая насадка; 24 - быстросъемное резьбовое соединение; 25 - герметизирующая прокладка.
На фиг. 4 в увеличенном масштабе показан фрагмент конуса-регулятора с симметрично выполненными относительно оси конуса-регулятора сквозными цилиндрическими каналами разного сечения, где: 26 - конус-регулятор с каналом 27 (меньшего диаметра) и каналом 28 ( диаметра).
На фиг. 5 в увеличенном масштабе показан фрагмент конуса-регулятора с асимметрично выполненными относительно оси конуса-регулятора сквозными цилиндрическими каналами одинакового сечения, расположенными под разными углами к продольной оси конуса-регулятора, где: 29 - конус-регулятор с каналом 30 (с меньшим углом наклона) и каналом 31 (с  углом наклона).
На фиг. 6 в увеличенном масштабе показан фрагмент конуса-регулятора 32 с конусным сквозным каналом 33.
На фиг. 7 в увеличенном масштабе показан фрагмент конуса-регулятора 34 со сквозным каналом 35, который выполнен в виде спиральной канавки по поверхности конуса (канавка может быть как постоянного поперечного сечения или постепенно расширяющегося поперечного сечения к основанию конуса).
Рассмотрим работу крана, представленного на фиг. 1. Перед началом работы сборный корпус крана 1 устанавливают на выходной канал 4 аппарата (сам аппарат на фиг. 1 условно не показан) розлива напитка с герметичной прокладкой 5 при помощи подвижного прижима 6. В зависимости от высоты горлышка бутылки (стандарт BPF или РСО) устанавливают стопорные винты 8 упорного кольца 7 в конусной проточке 19б при меньшей высоте горлышка бутылки или 19а - при  высоте горлышка бутылки (см. фиг. 2). После поджима впускной части 2 к герметичной прокладке 5 при помощи подвижного прижима 6, кран готов к работе. При помощи рабочего крана аппарата (он условно не показан на фиг. 1), напиток через выходной канал 4 аппарата розлива поступает на вход крана, его впускную часть 2. Поворот ручки 13 вокруг своей продольной оси, приводит в движение эксцентриковый палец 11, который перемещает вниз конус-регулятор 9 по цилиндрической проточке 15. Поскольку нижняя часть конуса-регулятора 9 тоже имеет в нижней части цилиндрическое сечение, то при движении вниз, между верхней конической частью конуса-регулятора 9 и верхней конической частью 2 появляется зазор, в который поступает газированный напиток и через сквозные каналы 10 поступает в конфузор 16. Проходное сечение сквозных каналов 10, превышает проходное сечение зазора между стенкой конической части 2 и конуса-регулятора 9, поэтому скорость движения напитка в сквозных каналах 10 резко падает, а поскольку выходы каналов 10 непосредственно сообщаются с атмосферой, в каналах начинает резко происходить дегазация напитка. При выходе напитка из каналов 10 в конфузор 16, объем которого многократно превышает объем сквозных каналов 10, скорость напитка еще многократно уменьшается, т.е. напиток еще дополнительно дегазируется.
Для сравнительных исследований были изготовлены макеты двух идентичных по производительности кранов. В первом из них были выполнены два сквозных цилиндрических канала в конусе-регуляторе (см. фиг. 1), а во втором проход напитка осуществлялся как в прототипе, только через зазор между конусом-регулятором и корпусом крана. Сравнительные испытания при одних и тех же исходных условиях подтвердили снижение степени дегазации напитка в интервале 2.3-4.3 раза в зависимости от самого напитка (пиво, газированная вода на сахаре, газированная вода без сахара).