КЛАПАННАЯ КОНСТРУКЦИЯ ДЛЯ ПЭТ КЕГА
VALVE DESIGN FOR KEG PET

Изобретение относится к укупорочным конструкциям для емкостей, изготовленных из полиэтилентерефталата (далее ПЭТ кега), устанавливаемым на горловинах ПЭТ кег для розлива, хранения и транспортировки напитков, находящихся в ПЭТ кеге под давлением.
ПЭТ кеги с установленными на них клапанными конструкциями применяют для хранения и розлива напитков, например, таких как пиво. Данные клапанные конструкции имеют несколько каналов, обеспечивающих прохождение жидкости и газа. При заполнении, когда ПЭТ кег обычно находится в перевернутом вверх дном состоянии, напиток вводится через первый канал клапанной конструкции, в то время как вытесняемый из кега газ выходит через второй канал. Во время розлива газ (азот или углекислый газ) вводится в ПЭТ кег через первый канал, для того чтобы вытеснить напиток из ПЭТ кега через второй канал. Розлив напитка осуществляется при помощи разливочной головки, присоединяемой к клапанной конструкции, на подпружиненные элементы клапанной конструкции с последующим открытием каналов, один из которых предназначен для подачи инертного газа под избыточным давлением, а второй канал - для розлива вытесняемого газом напитка. Уплотнительный элемент клапанной конструкции служит для того, чтобы внутри ПЭТ кега сохранялось созданное избыточное давление при снятии (демонтаже) разливочной головки. Как правило, в случае налива и хранения пива избыточное давление составляет примерно 2,5-3,0 бара. Указанное давление является рабочим давлением ПЭТ кеги. При этом ПЭТ кега выдерживает давление примерно 7-8 бар.
В случае нарушения технических условий производства, хранения и эксплуатации ПЭТ кег, заполненных напитком, возможно повышение избыточного давления в ПЭТ кеге выше максимально допустимого, что, в конечном счете, может привести к разрыву ПЭТ кеги. Данная проблема представляет серьезную угрозу для находящихся в непосредственной близости от ПЭТ кега людей.
Известна емкость из пластика, например ПЭТ кег для напитков с запорной арматурой с уплотнением (патент на изобретение РФ №2466085, дата конвенционного приоритета 29.10.2008 г., МПК B67D 1/08), в которой запорная арматура и/или уплотнение и, следовательно, кег-головка конструктивно рассчитаны так, что после процесса открывания последующий автоматический процесс закрывания осуществляется или происходит практически не полностью, так как при этом последующем автоматическом процессе закрывания остается незакрывающееся сквозное отверстие. Это сквозное отверстие обеспечивает сброс давления внутри емкости. Благодаря этому внутри емкости не может создаваться избыточное давление и, тем самым, устраняется потенциальная опасность разрыва емкости. При этом запорная арматура содержит упор с заданным местом разрыва для нагруженного пружиной уплотнения. Уплотнение имеет заданное место разрыва или выполнено с возможностью деформирования в ходе процесса закрывания для образования сквозного отверстия.
Данный вид клапана предохраняет от разрушения ПЭТ кег не весь период использования, а только после ранее проведенного процесса открывания при последующем автоматическом процессе закрывания, что делает не возможным дальнейшее использование ПЭТ кега после вскрытия, т.е. разливочную головку можно одевать только один раз. В случае снятия разливочной головки, ПЭТ кег теряет герметичность и не годится для дальнейшего использования, соответственно весь оставшийся продукт приходит в негодность. Необходимо отметить, что в процессе эксплуатации ПЭТ кега часто возникает необходимость снятия разливочной головки до полного опустошения ПЭТ кега, например, в случае обнаружения неисправности разливочной головки или системы розлива в целом, или проведения регулярной санитарной обработки системы розлива. Так же следует отметить, что в известном решении клапан не предохраняет от разрушения ПЭТ кег с продуктом во время хранения и транспортировки.
Известен клапан для емкости по патенту РФ на полезную модель №117417 (дата приоритета 07.02.2012, МПК B67D 1/12), содержащий корпус, выполненный в виде стакана, установленный в нем полый шток, кольцевой затвор, пружину и крышку со средством соединения для соединения с горловиной емкости, при этом первый конец штока выполнен открытым и соединен с дном корпуса, выступая за его пределы, а второй конец штока выполнен закрытым и снабжен фланцем, кроме того, в образующей поверхности штока выполнено, по меньшей мере, одно окно, при этом на штоке, с возможностью перемещения вдоль штока, между дном корпуса и фланцем штока установлен кольцевой затвор, центральное отверстие которого снабжено кольцевым уступом, выполненным с возможностью взаимодействия с фланцем штока, а между кольцевым затвором и дном корпуса установлена пружина, кроме того, в образующей поверхности корпуса выполнено, по меньшей мере, одно окно, при этом крышка выполнена в виде втулки, на внутренней поверхности которой выполнено средство соединения, канал которой снабжен кольцевым выступом, выполненным с возможностью взаимодействия с кольцевым затвором, (принят за прототип)
Согласно прототипу сборка конструкции осуществляется поэтапно на горловине емкости, включая размещение корпуса в горловине емкости посредством выступа на корпусе и уступа на горловине емкости и последующая установка других элементов, завершаемая установкой крышки, закрепляемой резьбовым или замковым соединением с внешней поверхностью горловины. Известная конструкция клапана не решает проблему устранения повышенного избыточного давления, возникающего при нарушении технических условий производства, хранения и эксплуатации ПЭТ кег, заполненных напитком.
Техническая задача заявляемого изобретения заключается в создании универсальной технологичной клапанной конструкции для ПЭТ кега, обеспечивающей высокую надежность, герметичность конструкции с возможностью выполнения функции предохранительного клапана при превышении избыточного давления внутри ПЭТ кегов выше максимально допустимого.
Технический результат заключается в получении надежной, технологичной и безопасной в эксплуатации клапанной конструкции для ПЭТ кега.
Технический результат достигается тем, что клапанная конструкция для ПЭТ кега, содержащая крышку с центральным отверстием со средством соединения с горловиной кега, полый шток, клапанный элемент, пружину, кольцевую гайку, при этом первый конец штока выполнен открытым, а второй выполнен закрытым с кольцевым выступом, в образующей поверхности штока выполнено, по меньшей мере, одно окно, на штоке с возможностью перемещения вдоль него установлен клапанный элемент, центральное отверстие которого снабжено кольцевым уступом, выполненным с возможностью взаимодействия с кольцевым выступом штока и кольцевым выступом на внешней поверхности, выполненным с возможностью взаимодействия с клапанным элементом, а между клапанным элементом и кольцевой гайкой установлена пружина, при этом крышка выполнена в виде грибка и соединяется с кольцевой гайкой резьбовым соединением для непосредственной установки клапанной конструкции на горловину кега, в донной части кольцевой гайки выполнены отверстия для прохождения газа, между бортиком и цилиндрической поверхностью ножки грибка крышки размещена кольцевая прокладка для герметизации соединения крышки и горловины ПЭТ кега, а клапанный элемент выполнен с возможностью выполнения функции предохранительного клапана и индикатора срабатывания из полимерного материала с твердостью по Шору 40-60 ед.
Главным отличием заявляемого изобретения от прототипа является обеспечение возможности работы клапанного элемента как клапана для заполнения и розлива напитка при нормальном режиме эксплуатации и как предохранительного клапана при превышении избыточного давления в ПЭТ кеге выше максимально допустимого, а также в качестве индикатора срабатывания предохранительного клапана.
Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами:
Фиг. 1 - клапанная конструкция (с замковым соединением) в разрезе;
Фиг. 2 - клапанная конструкция с резьбовым соединением в разрезе;
Фиг. 3. - детальный вид элементов клапанной конструкции с замковым соединением;
Фиг. 4 - детальный вид элементов клапанной конструкции с резьбовым соединением.
Фиг. 5 - вид основания крышки в поперечном сечении.
Клапанная конструкция содержит крышку 1, выполненную в форме грибка с центральным отверстием, установленный в нем вдоль продольной оси полый шток 2, клапанный элемент 3, пружину 4 и кольцевую гайку 5, обеспечивающую ее поджатие (фиг. 1, 2).
Крышка 1 состоит из основания 7, которое может быть выполнено как в виде круга, так и в виде усеченного равностороннего треугольника, вершины которого ограничены кругом (см. фиг. 5), снабженного бортиком 8 и цилиндрической ножкой 9. На стыке основания 7 и внешней кольцевой поверхности бортика 8 выполнены ребра жесткости 10. Клапанная конструкция может быть соединена с горловиной ПЭТ кега как замковым (фиг. 3), так и резьбовым соединением (фиг. 4). Для замкового зацепления с горловиной ПЭТ кега на бортике 8 выполняются лепестки 11. Для резьбового соединения с горловиной ПЭТ кега на бортике 8 выполняется внутренняя резьба 21. Для обеспечения технологичности закручивания конструкции на горловины кегов с резьбой поверхность крышки снабжена выступами 12. Крышка 1 снабжена центральным отверстием с кольцевым выступом 6, взаимодействующим с кольцевым уступом 16 клапанного элемента 3. Для обеспечения герметичности соединения клапанной конструкции с горловиной ПЭТ кега между цилиндрической ножкой грибка 9 и бортиком 8 крышки 1 размещена кольцевая прокладка 20 с круглым поперечным сечением.
Шток 2 выполнен полым в виде трубки. Один конец штока выполнен открытым и проходит сквозь отверстие кольцевой гайки 5, выступая за ее пределы. Второй конец штока 2 выполнен закрытым и снабжен выступом 13. В верхней части полого штока 2 размещено, по крайней мере, одно окно 14.
На штоке 2, с возможностью перемещения вдоль него, установлен клапанный элемент 3 с центральным отверстием, снабженным кольцевым уступом 15, выполненным с возможностью взаимодействия с выступом 13 полого штока 2.
Поджатие клапанного элемента 3 к кольцевому выступу 6 крышки 1 осуществляется пружиной 4, устанавливаемой между кольцевой гайкой 5 и клапанным элементом 3. Для предотвращения продавливания поверхности материала клапанного элемента 3 между ним и пружиной 4 установлено уплотняющее кольцо 17.
Крепление кольцевой гайки 5 к крышке 1 осуществляется резьбовым соединением. Кольцевая гайка 5 снабжена центрирующими лепестками 18, а также отверстиями для прохождения жидкости или газа.
Осуществление изобретения
Для изготовления клапанной конструкции применяются полимерные материалы, в частности крышка, шток и кольцевая гайка клапанной конструкции изготовлены из полиацеталя, а клапанный элемент 3 в зависимости от необходимого давления срабатывания выполняется из полимерных материалов с твердостью по Шору 40-60 ед., изготовленный из: термоэластопластов (ТЭП), или резины на основе этилен-пропилен-диенового каучука (ЭПДМ), или силикона.
Заявляемая клапанная конструкция устанавливается на горловине 19 ПЭТ кега. При этом крепление может осуществляться резьбовым соединением с помощью внутренней резьбы 21 или с помощью замкового крепления, образованного лепестками 11.
В случае использования замкового соединения лепестки 11 входят в паз между кольцевыми выступами на внешней поверхности горловины ПЭТ кега.
В случае использования резьбового соединения, крепление осуществляется за счет использования внутренней резьбы 21 на бортике 8.
Налив жидкости в ПЭТ кег, также как и слив жидкости из него осуществляется посредством клапанной конструкции, установленной на горловину ПЭТ кега. Для обеспечения розлива жидкости к открытому концу полого штока 2 подсоединяется трубка розлива напитка.
Заполнение ПЭТ кега осуществляется следующим образом:
Разливочная головка линии розлива (не изображена на фиг.) имеет один или более выступов, которые нажимают на открытую со стороны крышки 1 поверхность подпружиненного клапанного элемента 3. При этом происходит открытие первого кольцевого канала между клапанным элементом 3 и грибком крышки 9, а также второго канала, образованного внутренним каналом полого штока с открытым окном 14 на его образующей поверхности. Заполнение ПЭТ кега напитком осуществляют через второй канал, при этом происходит вытеснение газа, находящегося в ПЭТ кеге через первый канал. После снятия давления со стороны разливочной головки на клапанный элемент 3 он возвращается в исходное положение, перекрывая каналы. Хранение и транспортирование ПЭТ кега, заполненного напитком, осуществляют при закрытом клапанном элементе 3.
Розлив жидкости из ПЭТ кега осуществляется обратным образом: выступы разливочной головки (не изображена на фигурах) нажимают на открытую со стороны крышки 1 поверхность подпружиненного клапанного элемента 3. При этом происходит открытие первого кольцевого канала между клапанным элементом 3 и грибком крышки 9, а также второго канала, образованного, по меньшей мере, одним окном 14 на образующей поверхности полого штока 2. В кег через первый кольцевой канал под избыточным давлением из внешней емкости подается инертный газ, который вытесняет жидкость находящуюся внутри кега через трубку, присоединенный к ней полый шток 2 и окно 14 на образующей поверхности полого штока 2.
В условиях транспортировки, хранения и эксплуатации при превышении избыточного давления в ПЭТ кеге выше максимально допустимого происходит безвозвратное выдавливание клапанного элемента 3 из клапанной конструкции выше верхнего торца крышки 1 и стравливание избыточного давления, предотвращая, таким образом, разрушение (разрыв) ПЭТ кега.
Выдавливание клапанного элемента, наблюдаемое визуально, сигнализирует потребителю о срабатывании клапана и непригодности напитка для дальнейшего использования. Кроме того, выдавленный клапанный элемент не позволяет присоединить разливочную головку к клапанной конструкции, предотвращая возможную эксплуатацию ПЭТ кега с непригодным напитком.
С учетом того, что давление разрушения ПЭТ кега, составляет 7-8 бар, а рабочее давление - 2,5-3,0 бара, максимально допустимое давление в ПЭТ кеге должно находиться в пределах 4-6 бар.
Были проведены испытания конструкции по заявляемому изобретению:
Пример 1.
Клапанный элемент был изготовлен из ТЭП с твердостью по Шору 54±2 ед. Конструкция выдерживала рабочее давление до 4,5 бар. По достижении давления величиной Р=6 бар происходило срабатывание клапана за 60-120 минут при температуре окружающей среды 25-26°C.
Пример 2
Клапанный элемент был изготовлен из ТЭП с твердостью по Шору 47±2 ед. Конструкция выдерживала рабочее давление до 4,0 бар. По достижении давления величиной Р=5,5 бар происходило срабатывание клапана за 30-60 минут при температуре 25-26°C.
Пример 3
Клапанный элемент был изготовлен из ЭПДМ с твердостью по Шору 47±2 ед. Конструкция выдерживала рабочее давление до 4,0 бар. По достижении давления величиной Р=5,5 бар происходило срабатывание клапана за 50-180 минут при температуре 25-26°C.
Пример 4
Клапанный элемент был изготовлен из силикона с твердостью по Шору 50±2 ед. Конструкция выдерживала рабочее давление до 4,5 бар. По достижении давления величиной Р=6 бар происходило срабатывание клапана за 60-120 минут при температуре 25-26°C.
Пример 5
Клапанный элемент был изготовлен из силикона с твердостью по Шору 41±2 ед. Конструкция выдерживала рабочее давление до 3,5 бар. По достижении давления величиной Р=5,5 бар происходило срабатывание клапана за 5-15 минут при температуре 25-26°C.
Преимуществами заявляемого изобретения является:
- обеспечение безопасности хранения и эксплуатации ПЭТ кегов за счет выполнения функции предохранительного клапана при превышении избыточного давления в ПЭТ кеге выше максимально допустимого и предотвращения разрушения (разрыва) ПЭТ кега;
- индикация срабатывания клапана за счет невозвратного выдавливания клапанного элемента при превышении давления в ПЭТ кеге выше максимально допустимого;
- предотвращение использования непригодного для употребления напитка за счет невозможности присоединения разливочной головки к клапанной конструкции с выдавленным клапаном;
- технологичность конструкции за счет обеспечения возможности отдельной сборки элементов клапанной конструкции, установки ее в собранном виде на ПЭТ кег и последующего заполнения ПЭТ кега на автоматической производственной линии;
- универсальность за счет возможности использования клапанной конструкции для разных типов горловин и дозирующих головок, путем замены только одного элемента - крышки клапанной конструкции;
- обеспечение надежности и герметичности устройства за счет применения резьбового соединения крышки и кольцевой гайки, а также уплотнения горловины ПЭТ кега по его торцу при соединении с клапанной конструкцией.