Устройство для приготовления и распределения карбонизированной воды

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Ь 00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯМ ПАТЕНТУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(72) Джон Р, Макмиллин, Джин А.Трей.си, Вильям Эндрю Харвилли Вильям С, Кредл, младший (ЦЯ)(56) Авторское свидетельство СССРУ 142091, кл, С 07 Г 3/06, 1961(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КАРБОНИЗИРОВАННОЙ ВОДЫ, содержащее водяной насос спневматическим приводом, карбонизатор, охлаждающее приспособление, смеситель-турбулизатор, распределительгазированной воды, источник двуокисиуглерода, систему трубопроводов дляподвода и отвода движущего воду газа,воды, диоксида углерода, сиропа и га.,ЯО 1271359 А 3 зированной воды, и регулирующие клапаны, отличающееся тем,что, с целью повышения эффективностипроцесса карбонизации, водяной насосустановлен перед карбонизатором, еготрубопровод для отвода движущего воду газа соединен с трубопроводом дляподвода воды в смеситель-турбулизаторпосле охлаждающего приспособления,на трубопроводе подачи воды и газаиз смесителя-турбулизатора установлено сопло, размещенное в газовомпространстве карбонизатора, при этомпоследний снабжен датчиком уровняжидкости, а на трубопроводе для подачи воды расположен регулирующий клапан между охлаждающим приспособлением и трубопроводом для подачи движущего газа в смеситель-турбулиэатор,причем распределитель газированнойводы соединен с трубопроводом дляподачи охлажденной воды межцу регулирующим клапаном и охлаждающим приспособлением.1359 1 127Изобретение относится к пищевойпромьшленности, а именно к устройству для приготовления и распределениякарбонизированной воды.Цель изобретения - повьппение эфФективности процесса карбонизации,На чертеже схематичКО изображеноустроиство для получения н распределения карбонизированной воды,устройство включает пневматический водяной насосс пневматическимприводом, карбонизатор 2. охлаждающее приспособление 3, смеситель"турбулизатор 4, распределитель 5 газированной воды, источник 6 двуокиси углерода, трубопровод 7 для подвода воды, соединяющий водяной насос . скарбанизатором 2., трубопровод 8 дляподачи газа, соединяющий насосскарбонизатором 2, и трубопровод 9для отвода отработанного газа, соединлюпьий насос 1 с карбанизагором 2.Водяной насос 1 имеет патрубок 10,соединенный с источником во,цы, Источником воды может быть либо контеинер11 с водой либо водопровод 12, обеспечивающий подвод воды под напором,Латрубок 13 для вывода водь соединенс насосоми трубопроводом 7 дляподвода иоды патрубок 14 для подачигаза контрольного клапана 15 насоса1 соединяет ега трубопроводом 8 дляподачи газа, а контрольный клапан 15соединяет насосс трубопроводом 9отработанного газа, Насос 1 имеетпоршни 16 в двух цилиндрах 17, Каждый из цилиндров 17 разделен на газовые камеры 18 и водяные камеры 19отделяя воду от пропеллентнога газа,Водяной насос 1 через клапан 20 соединяет поршни 16 с контрольными клапанами 15,стве пропеллента,Трубопровод 34 распределяющий воду, соединен с трубопроводом 7 дляподвода воды нике пп течению от охлаждающего приспособления 3 и вьппеклапанов 24 и 32 Распаецеллющий воду трубопровац 34 глеет клапан 35,установленный длл палученил заданнойвольюметрической скорости течения,большей скорости, установленной клапаном 32, и: в .;с меньшей мере равнойнормальной вальюметргческой скороститечения ло трубопроводу 30, и прерывисто работающий нормально закрытыйклапан 36, который саецинен с акти- Я ватором,37, Трубопровод 34 соединенс трубопроводом 30 распределительного трубопровода 38 карбонизированнай воды. Карбонизатор 2 представляет собой сосуд 21 для карбонизированной воды с установленным в нем датчиком 2 уровня., Послепний следит за повьппением и понижением уровня в резервуаре и действует на переключатель 23, который служит для открывания и впуска воды через клапан 24 на трубопроводе 7 Для поДваДа воДы, В газовом пространстве карбонизатора 2 размещена соп ла 25, установленное на трубопроводе 26 газа и подачи воды. Карбонизатор 2 соединен с соплом 25 трубопроводам 27, имеощим нормально закрытый регулирующий клапан 28, соединенный с распределяющим активатором 29 и находящийся под его контролем, а распределяющий трубопровод 30 имеет размер обеспечинаюший заданную вольюметрическую скорость подачи из карбонизатора . в сопла 25, Рекомендуемый размер 0,108 (2,75 мм) по внутреннему диаметру и 12" (305 мм) длиной.Охлаждающее приспособление 3 погружена в ванну 31 со льдом, размешен ную нике нормально закрытого клапана2; и вьппе сопла 5, Смеситель - турбулизатор 4 представляет собой ряд перегородок для перемешиваия воды и цвуокиси углерода в трубопровоце 7, Тру бопровод 9 для отвода отработанногогаза соединен с трубопроводом 7 цля подвода воды ниже клапана 24 и выше смесителя-турбулизатора 4 сопла 25, Регулирующий кх 1 апан 32 установлен 2 О на трубопроводе 7 дгя подвода водысмесителя-турбулизатора 4 и соединения трубопровода 9 для отвода отработаннага газа с трубопровоДом 7 длл подвода воды, Рекомендуется его устанавливать вьш:е клапана 24, Регулирующий клапан 32 сконструирован дчя установления заданной скорости течения воды от насоса 1 в арбонизатор 2, которая меньше чем заданная волью- ЗО метрическая скорость течения черезраспределяющий трубопровод 30, регулирующий клапан 33 в трубопроводе 9 длл отвода отработанного газа предотвращает течение воды из трубопровода 7 через трубопровод 9 для отвода отработанного газа в насос 1 или его клапан 15, а также предотвращает течение отработа.-и;ого газа обратно в насос 1 после использования в качеливают на давление накопления25 фунтов/кв,дюйм (172 кПа), котороеменьше давления пропеллента и даетустойчивое насыщение в карбонизаторе2 около 4 1/2 объемов сатурации при0 С, Регулятор 49 давления насоса устанавливается на давление 50 фунтов//кв,дюйм (344 кПа), Клапан 32 заполнения карбонизатора имеет такой размер, чтобы дать вольюметрическую скорость течения 0,8 унций (24 см ) всекунду, клапан 35 простой воды имеетразмер, чтобы дать скорость течения1,25 унций (40 см ) в секунду, Оба3клапана (32 и 35) чувствительны кдавлению от насоса 1 и поддерживаютзаданные скорости вытекания во времяподъема или падения давления в трубопроводе 7 в результате изменениявозвратно-поступательного движениянасоса 1, При относительно постоянном заданном давлении 25 фунтов/кв,дюйм (172 кПа) в карбониэаторе 2 размеры распределительного трубопровода30 обеспечивают вольюметрическую ско 3рость протекания 1,25 унций (40 см )в секунду, Эта скорость по меньшеймере равна скорости в клапане 35простой воды. Ванна 31 содержит леддля охлаждения воды в змеевике 53.Устройство запускается в результатедействия активатора 29 карбонизированной воды и затем клапана 50 концентрата.Лля подачи карбонизированной водыприводится в действие активатор 29,который в свою очередь открываетклапан 28. Карбонизированная вода всосуде 21 находится при относительно постоянном давлении 25 фунтов/кв,дюйм (172 кПа) двуокиси углерода вгазовом пространстве карбонизатора 2и при равновесном давлении для требуемой карбонизации воды выталкивается в распределительный трубопровод 38 и через распределительныйтрубопровод 30 с заданной скоростью1,25 унций (40 см) в секунду к распределителю 5 газированной воды.Таким образом, карбонизированная вода может быть дискретно распределена, Распределение концентрата, проводимое одновременно с карбонизированной водой, создает напиток, Когда активируется клапан 50 и газ под давлением 50 фунтов/кв,дюйм (344 кПа) поступает из регулятора 49 к насосу 45, концентрат накачивается в распз 271359Трубопровод 8 для подвода газаможет соединяться с источником 6 двуокиси углерода и имеет трубопровод 39,соединенный с газовым выходом водяного насоса 1, регулятор 40 давлениядля регулирования давления в насосе1, трубопровод 41, соединенный с газовым пространством карбонизатора 2,и регулятор 42 давления накоплениядля регулирования давления в карбонизаторе 2, Автоматический клапан 43связан с газовым пространством карбонизатора 2 и выпускает из него газ,когда давление в карбонизаторе 2 превышает установленное давление накопления регулятора 42,Устройство имеет распределитель44 концентрата, который включаетпневматический насос 45, который накачивает концентрат из контейнера 46, 2 Онаходящегося при атмосферном давлении, Этот насос приводится в действиедвуокисью углерода из источника 6,Газовый трубопровод 47 к насосу 45концентрата имеет трубопровод 48, со единенный с основным трубопроводом 8для подвода газа через регулятор 49давления,Контрольный клапан 50 нормальнозакрывает трубопровод 48 и соединяет 30насос 45 с атмосферой через отверстие 51. Клапан 50 и активатор 29 распределения работают сообща, Когда клапан50 активируется, отверстие 51 закрывается и трубопроводы 47 и 48 соединяются, З 5в результате чего насос 45 соединяетсяс регулятором 40 давления пропеллента, Концентрация подается из насоса45 к распределителю 5 газированнойводы через трубопровод 52 с охлажда Оющим змеевиком 53, размещенным в ванне 31.Предлагаемое устройство работаетследующим образом,Вода из контейнера 1, сжатая дву окись углерода находятся в источнике 6 двуокиси углерода, а концентратнапитка. - в контейнере 46. Концентратом для напитка является сироп,смешанный один к пяти с водой, Как 50простая вода в контейнере 11, так иконцентрат в контейнере 46 могут находиться при атмосферном давлениипри температуре окружающей среды., Регулятор 40 давления пропеллента уста наливают на заданное давление120 фунтов/кв дюйм (828 кПа), регулятор 42 давления накопления устанав5 12713ределитель 5 газированной воды с заданной вольюметрической скоростью,находящейся в должном соответствиисо скоростью подачи воды Вода и концентрат смешиваются и подаются в ви 5де напитка,Двуокись углерода подается в качестве пропеллентного газа при заданном давлении в насос 1 под контролем клапана 15, Поршень 16 перемещается вперед и назад при помощи пропеллентного газа и, когда поршень 16 достигает конца хода, включает бистальный клапан 15 и производит перемещение в другом направленииКонтрольный клапан 15 насоса 1 схематично показан на чертеже с бобиной в правом положении При таком ,положении газ при давлении подачи2 О поступает из трубопровода 39 в левую газовую камеру 18, а отработанная двуокись углерода выпускается из пра-. вой камеры 18 через клапан 15 в тру 25 бопровод 9 для отвода отработанного газа. Давление смещает поршни 16 направо и вода подается иэ левой камеры водяной камеры 19 и всасывается в правую камеру 19, Когда поршни 16ЗО находятся около конца своего хода вправо, они будут двигать бобину клапана 15 налево и отсоединять левую ,газовую камеру 18 и соединять правую газовую камеру 18 с трубопроводом 8 для подвода газа, Одновременно левая 35 газовая камера 18 соединяется с трубопроводом 9, для отвода отработанного газа и использованная двуокись углерода выпускается, Затем поршень 16 смещается и движется налево, и вода4 О накачивается из правой камеры 19 и засасывается в левую камеру 19, Это возвратно-поступательное движение и накачивание происходит автоматически в ответ на течение и падение давле . 45 ния в трубопроводе 7 для подвода водь, Если в трубопроводе 7 отсутствует течение, так как клапан 24 закрыт, поршень 16 не движется, в то время как при открытом клапане 24 при течеО нии воды поршень 16 движется, чтобы создать ее течение. Движение и акти" вация контрольного клапана 15 полностью автоматические,и чувствительны к перемещению поршня 16 в резуль тате контроля уровня переключателем 23, вызывающим открывание клапана 24 для заполнения карбонизатора 59 ЬВода, накачиваемая и подаваемая через насос 1, находится при температуре окружающей среды. Когда вода подается, она проходит через охлаждающее приспособление 3 и охлаждаетсяодо О С, а затем подается через клапан 24, Когда вода выходит из клапана 24, она приходит в прямой контакт с использованной и выпущенной двуокисью углерода, которая беспрепятственно выпускается через трубопровод 9 в трубопровод 7 пропеллируемой воды. Поток воды и отработанного газа проходит затем через смесительтурбулизатор 4 и через трубопровод 26 для подвода воды и газа в сопло 25, Сопло 25 поддерживает поток и давление воды и газа и повышает давление в смесителе-турбулиэаторе 4 примерно до 50 фунтов/кв,дюйм (344 кПа) во время заполнения карбонизатора, Вода и отработанная пропеллирующая двуокись углерода соединяются при непосредственном контакте и взбалтывании и перемешиваются при прохождении через смеситель-турбулиэатор 4 при поддерживаемом давлении. Поддерживаемое давление между клапаном 24 и соплом 25 во время заполнения карбониэатора 2 находится на уровне, лежащем между давлением пропеллента в водяном насосе 1 и давлением накопления в карбонизаторе 2, и одновременно большем, чем давление накопления, которое является конечным и рассматривается как равновесное для распределения, Это поддерживаемое давление, при котором вода и отработанный газ турбулентно смешиваются, составляет примерно удвоен" ное давление хранения и распределения воды после перемешиванияДля максимальной карбониэации вся использованная двуокись углерода выпускается в охлажденную воду и весь отработанный газ и вся пропеллированная вода смешиваются и совместно поступают в карбонизатор 2 при помощи одновременного распыления в мелкую пыль в сопле 25 через газовое пространство, ВКогда поплавок датчика 22 уровня поднимается до заданного уровня, переключатель 23 открывается, а клапан 24 закрывается. Пропеллируемая водав трубопроводе 7 выше по течению клапана 24 гидростатически останавливается и поршни 16 гидростатически бло. кируются на месте, Когда уровень во 7 12713 ды в карбониэаторе 2 падает во время распределения, поплавок датчика следует эа уровнем воды вниз, закрывает переключатель 23 и открывает наполняющий клапан 24. Вода начнет течь и поршни 16 автоматически начнут возвратно-поступательное движение и будут подавать воду в карбонизатор 2, Вольюметрическая скорость течения воды, уходящей во время рас пределения из карбонизатора 2, значительно превышает. скорость, допускаемую контролирующим заполнение клапаном 32 в карбонизаторе 2 из насоса 1, и распределяеМая вода заби рается из сосуда 21, Насос 1 работает плавно и не совершает заполнения. карбониэатора во время распределения, а скорее производит заполнение карбонизатора 2 после окончания распреде ления. Это предотвращает прерывистую или сравнительно прерывистую работу насоса 1 во время распределения,Вся пропеллирующая двуокись уг 25 лерода выпускается в карбонизатор 2, Избыток двуокиси углерода автоматически выводится иэ карбонизатора 2 через клапан 43, когда давление в карбонизаторе превысит заданное давление накопления более, чем на 3 фунта/кв.дюйм (21 кПа). Эта избыточная двуокись углерода выпускаетсяс в атмосферу, так что в карбонизаторе 2 поддерживается заданное давление, Если захваченный воздух и другие га- З 5 зы были обнаружены в больших количествах в водопроводной воде и в значительно меньших количествах в отстоявшейся воде, эти газы выделяются из воды и выпускаются через клапан 43. 40 Эти газы выпускаются одновременно с ,избыточным пропеллентом. Выделение и выпуск захваченного воздуха и других газов перед или во время карбонизации необходимы для получения бо-.лее высокого уровня карбонизации, чем :достижимо, когда воздух присутствует, Когда это явление понятно, в карбониэатор подают избыточное количество пропеллирующей двуокиси углерода для очистки карбонизатора от атмосферного воздуха, Когда насос 1 работает, поступающая вода сначала интенсивно перемешивается в смесителетурбулизаторе 4, а затем распыляется 5 через сопло 25. Перемешивание и распыление происходят в атмосфере двуокиси углерода, которая не имеет дру 59гих составляющих атмосферного воздуха и других газов, найденных в простой воде. Прл отсутствии нормальных парциальных давлений этих газов водадегазируется от других газов, кромедвуокиси углерода, в то время как двуокись углерода остается в растворе, Хотя эта дегазация может быть неполной, она достаточна для получения более высокой карбониэации и лучшеговкуса,Охлажденная и не карбониэированная вода может селективно распределяться быстрее, чем карбонизированная. Когда распределительный клапан 36 простой воды открыт, насос 1 начинает работать (как описано ранее) и вода подается через трубопровод 7 и охлаждающее приспособление 3, Охлажденная вода отводится из трубопровода 7 после охлаждения и перед контактом с двуокисью углерода, Эта вода проходит через контрольный клапан35, распределительный клапан 36 и распределительный трубопровод 34 к распределителю 5 газированной воды. Во время отведения и распределения простой воды насос 1 меняет скорость и движется почти вдвое быстрее, чем во время пополнения карбонизатора 2. Если простая вода распределяется одновременно с пополнением карбониэатора 2, насос 1 почти втрое увеличивает скорость по сравнению с нормальной работойКогда заполняющий клапан 24 закрывается, весь поток воды в трубопроводе 7 отклбняется для распределения без карбонизацииВо время такого отклонения простой воды двуокись углероДа еще используется в качестве пропеллента и после использования выпускается через трубопровод 9 в карбонизатор 2. Когда давление в карбонизаторе гревысит до пустимое, клапан 43 открывается и отработанный гаэ из карбонизатора 2 выпускается во время отведения воды. Этот выпуск использованного пропел- лента через карбонизатор во времяотведения простой воды продувает карбонизатор 2 от газов, ранее выделившихся из воды, и дополнительно уменьшает парциальное давление этих выделившихся и нежелательных газов в карбонизаторе. Найдено, что общее количество двуокиси углерода, используемой в качестве пропеллента, равно удвоенному9 12713 количеству газа, требуемого для карбонизации. После того, как взято в раствор требуемое количество газа для карбонизации, примерно равное количество выпускается через смесительтурбулизатор 4, трубопровод 26, сопло 25 и карбонизатор 2 для очистки атмосферы его газового пространства,Давление водопроводной воды может использоваться для частичного про пеллирования простой воды и для уменьшения расхода двуокиси углерода, тогда источником водопроводной воды под давлением может использоваться водопровод 12 соединенный с патрубком 15 10, вместо открытого контейнера 11 с водой, Регулятор 40 давления пропел- лента установлен на давлении 120 фунтов/кв,дюйм (828 кПа), Это требуемое общее давление пропеллента, когда 2 О применяется водопроводная вода, Давления водопроводной воды и газа. объединяются, чтобы достичь общее давле- . ние пропеллирования, Например, когда давление водопроводной воды 20 фун тов/кв,дюйм, регулятор 40 давления пропеллента устанавливается на давление 100 фунтов/кв,дюйм, что,пает общее давление 120 фунтов/кв.дюйм, а когда давление водопроводной воды ЗО 40 фунтов/кв.дюйм, регулятор 40 устанавливается на давление 80 фунтов(кв, дюйм, давая общее давление 120 фунтов/кв,дюйм, Все давление водопроводной воды прикладывается к подаваемой воде и давление пропеллирующей двуокиси углерода регулируется на минимально возможное значение на клапане 40, которое в комбинации с давлением водопроводной воды равно общему 4 О заданному давлению пропеллирования, Давление водопроводной воды прикладывается к пропеллируемой воде:в на" сосе 1 через поршни б, Как показано 59 1 Оначертеже, вода накачивается из левон камеры 19 водяного насоса, а правая камера заполняется, Давление газа в леной камере 19 выше, чем давление водопроводной воды, осуществляется автоматическое закрывание контрольного клапана впуска воды в левуюкамеру. Правая камера 19 водяногонасоса заполняется водой, поступаю"щей из водопровода, и ее давлениеприкладывается к поршню 16 и к водев левой камере 18, поднимая давлениепропеллируемой воды и давая в комбинации с давлением газа общее давление пропеллирования, Использованнаяпропеллирующая двуокись углерода выпускается непосредственно в воду между клапаном 24 и смесителем-турбулизатором 4, когда вопа подается припомощи давления пропеллирующего газа в комбинации с давлением водопроводной воды, и одновременно черезсопло 25, Водопроводная вода, использующаяся для подьема давления и пропеллирования, затем подается как простая вода для карбонизатора 2, когдапоршень 16 совершает возвратно-поступательное движение, Пропеллируемаявода сначала используется для поднятия давления, Простая охлажденнаявода может также распределяться, какописывалось ранее, когда давлениеподнимается давлением водопроводнойводы. Потоки простой и карбонизированной воды могут совмещаться для формирования напитка с низкой карбониэацией при помощи одновременного открывания обоих распределительных клапанов 28 и 36,Предлагаемое устройство позволяетповысить эффективно"ть процесса карбонизации,ректор Е, Сирохман РедакПетров Тираж 543 НИИПИ Государственного к по делам изобретений и 13035, Г 1 осква, )К - 35, РауЗаказ б 255/59 Подписнотета СССР ткрытииская наб д.4/5 Производственно-полиграФическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4