СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕЛКОДИСПЕРСНОЙ ПЕНЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF PRODUCING FINE FOAMS AND DEVICE TO THIS EFFECT

Настоящее изобретение относится к пищевому оборудованию и медицинской технике и может быть использовано для приготовления пищевых пен, например кислородных коктейлей, косметических и лечебных пен с различным газовым составом, а также для газификации питьевых жидкостей.
Предшествующий уровень техники
2
7
Известны способы и устройства для получения пен, в основе которых лежит процесс барботажа (например, АС 546350 МПК: А61J 3/00; Патент РФ №2230603, МПК: B01F 3/4 и др.). Этот процесс отличается 100%-ной однородностью газового состава, простотой, надежностью, но имеет и недостатки, проявляющиеся при получении мелкодисперсных пен, такие как невысокая производительность, большой расход жидкости, неравномерность структуры пены из-за того, что отсутствует межслойное перемешивание, без которого, например, верхние слои столба пены начинают опадать, а нижние только зарождаются и ряд других причин в конечном итоге приводящих к сокращению стойкости пен и их ускоренному разрушению.
Наиболее близким по сущности к предлагаемому изобретению является способ получения кислородной пены с помощью миксера, описанный в журнале "Акушерство и гинекология", №7, 1970 г., с.41-43 и усовершенствованный в соответствии с заявкой на изобретение (см. Заявка на патент РФ №25873214 от 28.11.2007). Согласно описанию этой заявки, кислород с помощью трубки подается в жидкость в зону, близкую к границе вращения рабочего органа миксера, где происходит пенообразование. Процесс отличается большой производительностью и высоким качеством пены. Однако у него имеется существенный недостаток: пена не полностью состоит из пузырьков кислорода, часть пузырьков имеет воздушное наполнение. Это происходит потому, что жидкость находится в непосредственном контакте с двумя газами: снаружи - с воздухом, а внутри - с кислородом, подаваемым через трубку. При включении высокооборотного миксера жидкость приходит во вращательное движение, которое своей центробежной силой отбрасывает поступающий из трубки кислород от центра к периферии, удаляя его тем самым от рабочего органа миксера, а образующаяся вдоль оси вращения жидкостная воронка втягивает в процесс ценообразования окружающий воздух, причем площадь контакта жидкости с воздухом многократно превышает площадь ее контакта с кислородом. Это приводит к значительному насыщению пены пузырьками воздуха в первые же секунды процесса. В конечном итоге получаемая пена имеет пониженное заполнение необходимым газом.
Раскрытие изобретения
В основу настоящего изобретения положена задача разработки такого способа получения пены и устройства для его осуществления, при котором пена имела бы 100%-ное наполнение целевым газом, как это происходит при барботаже, и одновременно имело бы такую же высокую производительность и высокое качество, которое наблюдается при взбивании миксером. Процесс должен иметь возможность автоматизации и протекать непосредственно в потребительской таре (например, в пластиковом стаканчике), выступающей в роли рабочей емкости, для того чтобы исключить дополнительные переливы пены, действующие на нее разрушительно.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения мелкодисперсной пены, заключающемся в том, что перед взбиванием предварительно герметизируют пространство над пенообразующим раствором в рабочей емкости, вводят в это пространство целевой газ с помощью продувки и производят взбивание пены до установленного объема, используя определенный закон перемещения рабочего органа миксера, обеспечивающий в процессе взбивания сохранение формы образовавшейся воронки, выполняющей роль канала для прохода целевого газа в зону взбивания, а затем, внутри взбитого объема, производят перемещения вращающегося рабочего инструмента миксера вверх-вниз для выравнивания структуры пены и дополнительного измельчения пузырьков, согласно изобретению подачу газа производят со скоростью в пределах 0,1…20 л/мин, давление целевого газа в герметичном пространстве поддерживают на уровне атмосферного с допустимым превышением номинала на 0…20%, скорость вращения взбивающего инструмента устанавливают в пределах 4000…22000 об/мин.
Поставленная задача решается тем, что устройство для получения мелкодисперсной пены, содержащее источник газа, подводящий газовый трубопровод с управляемым клапаном, держатель емкости для взбивания, вращающийся ротор миксера с закрепленным на конце взбивающим инструментом, согласно изобретению дополнительно снабжено колпаком с подводящим и отводящим газ отверстиями и имеющим возможность прижима к кромке емкости для взбивания с целью герметизации ее внутреннего пространства и имеющим осевое герметизированное отверстие для введения в зону образования пены ротора миксера, а также блоком управления, который задает закон перемещения для взбивающего инструмента миксера в пределах объема пространства, занимаемого пеной.
Таким образом, совершая последовательность действий данного способа в пределах указанных технологических параметров с помощью предложенного технического устройства, решается задача, стоящая перед данным изобретением: пена имеет однородный газовый состав, так как процесс протекает в атмосфере целевого газа и попадание воздуха в систему исключается; пена имеет ровную мелкодисперсную структуру за счет интенсивного взбивания и перемешивания слоев; процесс приготовления продукта занимает мало времени, делается в присутствии потребителя и сразу передается ему для пользования; процесс также легко автоматизируется, программируется и усовершенствуется дополнительными техническими средствами, например через дополнительные отверстия в колпаке можно подавать в систему и другие газы, подключить ряд дозаторов жидких или сыпучих компонентов для получения разнообразия вкусов, с блока управления можно снимать информацию о количестве отпущенной продукции через установку счетчика наработки или подключиться к централизованной системе автоматизированного учета и т.д.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретным примером его выполнения и прилагаемым чертежом.
Чертеж изображает общий вид устройства для получения мелкодисперсной пены, продольный разрез.
Лучший вариант осуществления изобретения
Устройство для получения мелкодисперсной пены согласно изобретению содержит колпак 4, в котором имеются отверстия для подвода газа 6 и для выхода газа 7, осевое герметизированное отверстие 19, через которое от мотора миксера 14 пропускается ротор 8 с взбивающим инструментом 9 на конце. К нижней плоскости колпака 4 подводится держатель 5 для удержания пластиковой емкости для взбивания 12 в рабочем положении. Колпак 4 и держатель 5 связаны между собой такими условиями, что их сопрягаемые плоскости параллельны и располагаются между собой с зазором, на несколько миллиметров превышающим высоту кромки емкости 20, причем держатель 5 имеет в своем теле свободный проход для введения в него емкости 12 с помощью легкого ручного сжатия с таким расчетом, что емкость будет висеть на держателе 5, опираясь на 2/3 длины окружности нижней поверхности своей кромки 20, а сам держатель 5 способен прижиматься к колпаку 4 и фиксироваться, слегка сдавливая кромку 20 и создавая тем самым достаточную для процесса герметичность.
Устройство снабжено также винтовой (или какой-либо другой) передачей 17, жестко связанной с мотором миксера 14 и приводимой в движение двигателем 16, получающим управляющие сигналы от блока управления 15. От блока управления 15 также задаются режим вращения мотора 14, открытие и закрытие клапана 3 и другие управляющие воздействия, если они будут необходимы в каком-либо конкретном случае.
Предлагаемый способ получения мелкодисперсной пены осуществляют следующим образом.
В источнике газа 1, в качестве которого может применяться, например, кислородный концентратор или генератор, баллон, стационарная магистраль, 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 подводится к нормально закрытому электромагнитному клапану 3, а через него - во входное отверстие 6 колпака 4. В исходном положении клапан 3 закрыт, а мотор миксера 14, связанный с винтовым механизмом перемещения 17, находится в крайнем вертикальном положении, при котором взбивающий инструмент 9 находится в пределах пространства колпака 4. Это необходимо для того, чтобы можно было ввести рабочую емкость 12 (в данном случае пластиковый стаканчик) в зону взбивания. Оператор устройства наполняет пенообразующей жидкостью 11 рабочую емкость 12 и, слегка деформируя, вводит ее кромку между колпаком 4 и держателем 5, при этом кромка снизу на 2/3 своей окружности опирается на держатель 5, а сверху полностью контактирует с колпаком 4. Затем оператор прижимает держатель 5 к колпаку 4 с помощью, например, винтовой пары, пружинного механизма, электромагнита и т.п. (не показано) и фиксирует, чем обеспечивает достаточную герметичность. После выполнения этих подготовительных манипуляций оператор нажимает на блоке управления 15 кнопку «Пуск», в результате чего все силовые механизмы получают воздействующие сигналы: клапан 3 открывается, и газ поступает в герметизированный объем через отверстие 6, вытесняя оттуда воздух, выходящий из системы наружу через отверстие 7; двигатель 16 поворачивает винтовую пару 17 на заданное число оборотов и опускает тем самым ротор миксера 8 с взбивающим инструментом 9 в пенообразующий раствор 11, при этом кожух ротора 18 скользит в силиконовой уплотняющей втулке 10, обеспечивая герметичность; когда инструмент 9 опустится в раствор 11 на заданную величину, а воздух уже вытеснится целевым газом, включится мотор миксера 14 и начнется процесс взбивания, во время которого взбивающий инструмент 9 перемещается по программе управляющего блока 15 таким образом, что в процессе взбивания образовавшаяся воронка сохраняет свою форму, создавая тем самым канал для поступления целевого газа в зону взбивания, а в заключительном шаге совершает перемещения вверх-вниз, дополнительно измельчая пену и выравнивая ее межслойную структуру. После отработки программы все элементы возвращаются в исходное положение, а рабочая емкость 12 с взбитой пеной извлекается и передается потребителю.