СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И РОЗЛИВА ОБОГАЩЕННЫХ КИСЛОРОДОМ ЖИДКОСТЕЙ
METHOD AND DEVICE FOR PURING OF OXYGEN-ENRICHED AIR LIQUIDS

Изобретение относится к способу и устройству розлива обогащенных кислородом или кислородно-газовой смесью жидкостей.
Способы и устройства для приготовления сильно обогащенных кислородом жидкостей, в частности напитков, известны из EP 0847959 B1 и DE 10104207 A1.
У этих способов обогащенную кислородом жидкость от пропитки до розлива в емкости выдерживают в чистой атмосфере кислорода или в кислородно-газовой смеси. Перед подачей жидкости в емкость на последнюю в разливочной машине воздействуют давлением также кислородом или кислородно-газовой смесью. Во всем способе приходится мириться со значительной потерей кислорода. Чистый кислород не только дорог, но и из-за своей реакционной способности критичен в отношении обращения с ним.
В противоположность этому в основе изобретения лежит задача создания способа и устройства для розлива обогащенных кислородом жидкостей.
Эта задача решается в способе розлива обогащенных кислородом или кислородно-газовой смесью жидкостей, в частности напитков, в емкости, в частности бутылки или банки, при котором обогащенную кислородом и при необходимости другими газами, в частности в растворенном виде, жидкость разливают в емкости, которые затем газоплотно закупоривают тем, что обогащенную жидкость в процессе розлива выдерживают в атмосфере азота. Причем атмосфера азота имеет избыточное давление, преимущественно в диапазоне 1-10 бар.
Эта задача решается в устройстве для розлива обогащенных кислородом или кислородно-газовой смесью жидкостей, в частности напитков, в емкости, содержащем, по меньшей мере, один наполнительный орган с клапаном для жидкости, по меньшей мере, один газовый клапан и заполняемое азотом пространство, причем посредством газового клапана между установленной у наполнительного органа емкостью и камерой предусмотрено соединение для продувки и/или создания давления в емкости азотом тем, что устройство содержит частично заполняемый жидкостью котел, выполненный с возможностью выдерживания давления азотом, преимущественно в диапазоне 1-10 бар.
В то время как до сих пор представлялось необходимым выдерживать обогащенные очень высоким содержанием кислорода (75-330 мг/л) жидкости, в частности напитки, такие как минеральные воды, лимонады, фруктовые соки и т.п., с момента обогащения кислородом до розлива в емкости, такие как бутылки, банки или другие подходящие сосуды, в атмосфере кислорода или в кислородно-газовой смеси, чтобы избежать отделения кислорода, изобретение покидает этот путь и использует тот неожиданный факт, что на основе лишь короткого в процессе приготовления и розлива времени пребывания жидкости в системе возникает также очень короткое время контактирования между обогащенной жидкостью и применяемым, согласно изобретению, кислородом. Неожиданным образом оказалось, что при воздействии давлением на заполняемые емкости кислородом не возникает негативного воздействия на обогащенную кислородом жидкость, т.е. содержание растворенного кислорода не подвергается заметному влиянию, и практически не происходит поглощения кислорода жидкостью. Эти эффекты объясняются инерционным характером растворения кислорода.
Согласно предпочтительному варианту изобретения перед подачей обогащенной жидкости емкость предварительно выдерживают в атмосфере азота, имеющей избыточное давление, в частности давление, соответствующее давлению наполнения жидкости.
Предпочтительным является то, что перед подачей жидкости, в частности перед воздействием давлением, емкость, по меньшей мере, один раз продувают, преимущественно азотом.
Согласно одному предпочтительному варианту изобретения воздействию давлением на емкости кислородом может предшествовать продувка также кислородом.
У формостабильных емкостей, например стеклянных бутылок, перед подачей обогащенной кислородом жидкости в качестве альтернативы или дополнительно возможен также, по меньшей мере, один этап вакуумирования, прежде чем произойдет воздействие давлением до давления наполнения, лежащего выше атмосферного давления, в частности давления насыщения. Далее перед воздействие давлением возможна многократно комбинированная обработки емкости продувкой и предварительным вакуумированием.
В другом варианте осуществления изобретения перед подачей жидкости предусмотрен ввод небольшого количества жидкого газа в емкости, например жидкого азота и/или кислорода. При последующем кратковременном вакуумировании жидкий газ за счет относительно быстрого понижения давления может быть быстро испарен, в результате чего может быть создана также газовая атмосфера, в частности из азота. Жидкий кислород менее критичен в обращении, чем чистый кислород в газообразной фазе. Конечно, подаче разливаемой жидкости в емкости также может предшествовать фаза воздействия давлением.
Применение азота не должно ограничиваться только заполняемыми емкостями, а может простираться также на накопительные резервуары в разливочной машине и в установке пропитки жидкостью (пропиточный бак, накопительные баки и т.д.), т.е. весь процесс приготовления, начиная от пропитки жидкости кислородом и заканчивая розливом в емкости, может происходить непрерывно в атмосфере азота.
Азот в обращении не только менее критичен, но и заметно дешевле кислорода.
В другом варианте осуществления изобретения при подаче жидкости в емкость из нее собирают вытесненный возвратный газ и используют его для обработки продувкой следующих емкостей.
Ниже предпочтительный пример осуществления изобретения поясняется с помощью чертежа, на котором изображают:
- фиг.1: схематично вид сверху устройства для приготовления и розлива напитков в бутылки;
- фиг.2a-2g: вертикальный частичный разрез внешней периферии разливочной машины из фиг.1 в нескольких следующих друг за другом по времени рабочих состояниях.
Устройство для розлива обогащенных кислородом жидкостей, в частности напитков, содержит на фиг.1 приводимую в непрерывное вращение разливочную машину 7, имеющую, например, частично заполненный разливаемым напитком кольцевой котел 8 и заполненный над зеркалом жидкости 9 подушкой газа под давлением газовое пространство 10, причем давление соответствует, по меньшей мере, давлению насыщения соответствующего напитка, преимущественно в диапазоне 1-10 бар. В данном случае газовое пространство заполнено азотом.
Вдоль периферии кольцевого котла расположены распределенные с равными промежутками по всей периферии наполнительные органы 11, присоединенные каждый подводящим трубопроводом 12 для жидкости, проходящим через индуктивный датчик 13 измерения расхода, к нижней стороне котла. Питание приводимого в непрерывное вращение кольцевого котла разливочной машины разливаемым напитком и названным сжатым газом (чистый азот) происходит известным сам по себе образом посредством установленных в центре разливочной машины вращающихся распределителей 14, которые, с одной стороны, связаны с газоподводящим трубопроводом, а, с другой стороны, - с буферным баком 15 пропиточной установки для подачи жидкости.
2
Пропиточная установка содержит известным сам по себе образом для обогащения жидкости, например воды, лимонада, чая и т.п., кислородом, по меньшей мере, один инжектор 16, снабженный присоединением для подачи жидкости и, по меньшей мере, одним дополнительным присоединением для подачи кислорода. При необходимости могут быть предусмотрены дополнительные инжекторы 17, например, для растворения CO могут быть предусмотрены также несколько параллельно установленных инжекторов с разными проходными сечениями для достижения при разных расходах оптимальных соотношений смешивания за счет выбора подходящего инжектора или подходящих инжекторов.
Жидкость, выходящую из используемого инжектора 16, 17 и имеющую высокое содержание растворенного кислорода, направляют в буферный бак 15, который лишь частично заполнен жидкостью и содержит действующую на зеркало жидкости, заключенную в резервуар газовую подушку, выполненную с возможностью управляемого регулирования давления при колебаниях уровня зеркала посредством газоподводящего и газоотводящего трубопроводов. Также этот сжатый газ (азот) имеет избыточное давление, по меньшей мере, выше давления насыщения жидкости.
Для питания инжекторов и перевода готового смешанного напитка в разливочную машину предусмотрены насосы (не показаны).
Каждый из наполнительных органов 11 содержит приводимый в действие с электропневматическим управлением клапан 18 для жидкости, через который концентрично проходит газовый канал 19. Этот газовый канал, переходящий в выступающую вниз газовую трубку 20, связан через присоединительный трубопровод 21 с выходом соединенного с наполнительным органом 11 клапанного блока 22, который в данном случае содержит на каждый наполнительный орган пять отдельных, приводимых в действие с электропневматическим управлением, газовых клапанов 23, 24, 25, 26, 27 для зависимых от процесса подвода и отвода отдельных технологических газов в зависимости от процесса наполнения. Клапан 27 входит через соединительный трубопровод в лежащий под клапаном 18 для жидкости газовый врез.
Все клапанные блоки 22 закреплены сообща с клапанами 18 для жидкости на кольцеобразном держателе 28, который в данном случае содержит три проходящих горизонтально по всей периферии, закрытых от окружающей атмосферы, кольцевых канала 29, 30, 31, также соединенных с соответствующими вращающимися распределителями в центре разливочной машины для газоподвода или газоотвода. Это могут быть канал 29 для чистого газа, канал 30 для продувочного газа и разгрузочный или вакуумный канал 31.
В зоне под наполнительными органами 11 находятся поднимаемые и опускаемые подъемные пневмоцилиндры 32, управляемые посредством неподвижного подъемного кулачка 34 в сочетании с кулачковыми роликами 33 и содержащие по одному воздействующему на емкость 40 в частности на поясок горлышка пластиковых бутылок под ним захватному или удерживающему органу 35. Заключенная в подъемном цилиндре газовая подушка оказывает по время всего вращения постоянно прижимное усилие, направленное вверх к наполнительному органу 11.
Ниже с помощью изображающих отдельные фазы наполнения фиг.2a-2g поясняется полный цикл розлива.
Ряд емкостей 40, в частности пластиковых бутылок, непрерывно поступающий в одну нитку, например, от изготавливающей их инжекционно-раздувной машины (не показана), раздвигают посредством расположенного во входной зоне разливочной машины 7 разделительного шнека 36 на размер шага наполнительных органов на периферии разливочной машины и с помощью последующей входной звездочки 37 передают в подъемные цилиндры 32. При этом каждую емкость 40, в частности бутылку, захватывают под пояском ее горлышка с возможностью удержания ее открытого сливного отверстия с ориентацией концентрично выпуску для жидкости позиционированного выше наполнительного органа 11 (фиг.2а).
Взаимодействующий с кулачковым роликом 33 подъемного цилиндра 32 неподвижный подъемный кулачок 34 выполнен в направлении вращения так, что емкость 40, в частности бутылка, своим сливным отверстием сначала приподнимается в направлении выпуска для жидкости, однако еще не прижимается газоплотно к наполнительному органу 11. Во время этого процесса газовая трубка 20, выступающая вниз за выпуск для жидкости, погружается в пространство горлышка заполняемой емкости 40, в частности бутылки (фиг.2b). За счет открывания газового клапана 23 для продувки создается газовое соединение от кольцевого канала 30 для продувочного газа через присоединительный трубопровод 21 и погруженную в бутылку газовую трубку 20 так что в данном случае состоящий, в основном, из азота продувочный газ с высокой скоростью поступает в еще не герметизированную бутылку и вытесняет первоначально содержащийся воздух через открытое сливное отверстие бутылки. Это происходит на обозначенном поз.1 на фиг.1 участке вращения разливочной машины.
В результате последующего приподнятия емкости 40, в частности бутылки, посредством подъемного цилиндра 32 ее сливное отверстие газоплотно прижимается к наполнительному выпуску наполнительного органа 11 под клапаном 18 для жидкости, после чего после закрывания газового клапана 23 открывают газовый клапан 24 для натяжения, чтобы создать проводящее соединение между газовой трубкой 20 и кольцевым каналом 29 для чистого газа (фиг.2с). Теперь чистый азот из кольцевого канала 29 для чистого газа может быть введен в удерживаемую герметично от атмосферы емкость 40, в частности бутылку, до достижения задаваемого давления натяжения, преимущественно 1-10 бар, которое, в основном, соответствует давлению газа, господствующему в кольцевом котле разливочной машины (участок 2 вращения на фиг.1). Одинаковое давление между обоими названными объемами может быть обеспечено, например, через соединительный трубопровод (не показан). Газовая подушка в кольцевом котле 8 разливочной машины 7 также может состоять из чистого азота. Внутреннее давление котла, лежащее выше давления насыщения обогащенного кислородом напитка, зависит в каждом отдельном случае от степени обогащения обрабатываемого напитка и его температуры и может в соответствии с этим регулироваться.
По достижении желаемого давления натяжения в бутылке открывают клапан 18 для жидкости посредством приподнятия его подвижного затвора от седла, закрывают газовый клапан 24 для натяжения и приводят в действие газовый клапан 25 для возвратного газа. Во время дальнейшего процесса напиток течет через сливное отверстие бутылки в ее внутреннее пространство и направляется отклоняющим щитком, размещенным в зоне расширяющихся плечиков емкости 40, в частности бутылки, на газовой трубке 20, к стенке бутылки, стекая оттуда в виде пленки жидкости вдоль стенки бутылки к дну бутылки (фиг.2d). Тем временем поступающее количество напитка непрерывно регистрируют посредством индуктивного датчика 13 измерения расхода. По достижении задаваемого количества жидкости он вырабатывает сигнал для закрывания клапана 18 для жидкости. Во время поступления жидкости в емкости 40, в частности бутылку, первоначально заключенный в емкости 40, в частности бутылке, газовый объем одновременно с этим течет обратно за счет поступающей жидкости по газовой трубке 20 мимо открытого на этой фазе газового клапана 25 для возвратного газа в канал для продувочного газа (участок 3 вращения на фиг.1). С закрыванием клапана 18 для жидкости приблизительно одновременно закрывается также этот клапан 25 для возвратного газа (фиг.2е). По истечении задаваемого времени успокоения (участок 4 вращения на фиг.1) за счет открывания, по меньшей мере, одного газового клапана 26 для разгрузки находящееся еще под избыточным давлением головное пространство заполненной бутылки связывают с кольцевым каналом 31 для разгрузки, чтобы вызвать снижение давления, например, через промежуточное дроссельное сопло, до промежуточного давления или сразу же непосредственно до атмосферного давления (участки 5 и 6 вращения на фиг.1). За счет второго газового клапана 27 для разгрузки можно одновременно разгрузить газовую трубку 20 (фиг.2f). В качестве альтернативы, однако, можно установить в кольцевом канале для разгрузки пониженное давление, если промежуточно установлено рассчитанное соответственно более узким дроссельное сопло.
После разгрузки емкость 40, в частности бутылку, посредством соответственно выполненного неподвижного подъемного кулачка 34 опускают против приложенного подъемным цилиндром 32, действующего вверх прижимного усилия (фиг.2g), а затем передают в выходную звездочку разливочной машины 7, причем одновременно раскрывают удерживающие емкость 40, в частности бутылку, удерживающие органы 35 подъемного цилиндра 32. Теперь заполненная, однако, еще открытая емкость 40, в частности бутылка, может быть направлена к укупорочной машине 39, которая газоплотно размещает, например, резьбовой затвор.
До размещения затвора можно на пути от разливочной машины 7 к укупорочной машине 39 посредством расположенного на этом транспортном участке управляемого первого впрыскивающего устройства 42 впрыскивать с импульсным управлением в открытое головное пространство бутылок жидкий азот и/или кислород.
Точно так же возможен впрыск жидкого азота и/или кислорода посредством второго впрыскивающего устройства 41 в зоне перед входом разливочной машины 7, прежде всего, если перед подачей разливаемой жидкости кратковременно создают вакуум, приводя во взаимодействие временно с бутылкой имеющийся в разгрузочном канале вакуум. Понятно, что в этом случае емкости 40, в частности бутылки, в зависимости от желаемого пониженного давления должны иметь достаточную формоустойчивость, как в случае стеклянных бутылок.
Для того чтобы надежно избежать в кольцевом котле 8 разливочной машины 7 или в буферном баке 15 секции пропитки напитка газообмена между атмосферой азота и нижележащим напитком, можно использовать в котле 8 дополнительно поплавок 43 в форме кольцевого диска, который закрывает, в основном, всю поверхность имеющегося в котле объема напитка. Также в принимающих кислородсодержащий напиток баках 15 находящейся перед разливочной машиной пропиточной секции могут использоваться для той же цели поплавки 44, закрывающие зеркало жидкости. Вместо поплавков возможны также эластичные мембраны, пузыри или свертывающиеся мембраны, благодаря которым можно было бы достичь даже лишенного щелей и тем самым полного отделения сжатого газа и напитка.
В качестве альтернативы предложенному азоту можно было бы использовать при необходимости инертные газы (гелий и т.д.), которые, однако, дороги в приобретении.