Смесительное кольцо для растворения порции растворяемого вещества в порции растворителя, система и способ растворения порции растворяемого вещества в порции растворителя - RU2721786C2

Чертежи

Показать все 11 чертежа(ей)

Описание

Настоящее изобретение относится к системе, способу и к смесительному кольцу для растворения порции растворяемого вещества в порции растворителя. В частности, к системе, способу и смесительному кольцу, выполненным с возможностью повышения эффективности смешивания между растворяемым веществом и растворителем.

ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

Системы и способы растворения порции растворяемого вещества в порции растворителя по предшествующему уровню техники имеют некоторые недостатки (проблемы) в поддержании постоянного соотношения компонентов в смеси во время процесса.

В таких системах доза растворяемого вещества (количество растворяемого вещества в растворе) на 100% зависит от измерения расхода растворяемого вещества, причем такое измерение производится в соответствии с определенным управлением циклом системы.

В основном, в системах по предшествующему уровню техники, расход растворителя поддерживается постоянным при определенном значении и, согласно определенному расходу растворителя и желаемому соотношению компонентов в смеси, система добавляет фиксированный расход сиропа.

Под управлением циклом подразумеваются механизмы и элементы управления, которые действуют в определенном процессе, предпочтительно, используя PLC (Программируемый логический контроллер ПЛК) для управления некоторыми переменными процесса. Например, в управлении циклом устанавливаются определенные времена, в которых ПЛК должен управлять определенной переменной.

В частности, в системе и способе растворения порции растворяемого вещества в порции растворителя, определенное время может быть временем измерения расхода растворителя, временем измерения расхода растворяемого вещества и, кроме того, временем, в течение которого ПЛК определяет действие, которое следует предпринять.

Поскольку ПЛК несет дополнительную ответственность за определение того, как управлять дозой растворяемого вещества, он должен послать сигнал определенному клапану или насосу, который также потребует определенного времени для приема и интерпретации такого сигнала, а затем увеличения или уменьшения расхода растворяемого вещества в системе.

Управление циклом непрерывно повторяется во время процесса, причем определенное время, упомянутое выше, оказывает прямое влияние на соотношение растворяемого вещества и растворителя в смеси, поскольку сигнал, принимаемый клапаном или насосом, не приведет к мгновенному действию, так как требуется некоторое время для такого сигнала, чтобы быть интерпретированным.

Следовательно, простая ошибка в управлении циклом и в их механизмах будет напрямую воздействовать на общую дозу сиропа, то есть на соотношение растворяемого вещества и растворителя в смеси.

В предлагаемой системе, способе и смесительном кольце для растворения порции растворяемого вещества в порции растворителя, поток растворяемого вещества автоматически увлекается потоком растворителя, который протекает в системе, и в частности в смесительном кольце из-за его структурной конфигурации.

Следовательно, и принимая во внимание срабатывание управления циклом, система не будет ощущать интервалы времени, в которые ПЛК посылает управляющий сигнал определенному клапану, затем такой сигнал принимается и интерпретируется и, наконец, клапан регулируется.

В предлагаемой системе, способе и смесительном кольце, срабатывание происходит в реальном времени, так как изменения расхода воды (растворителя) автоматически управляют (регулируют) расход сиропа. Другими словами, как упоминалось ранее, растворяемое вещество затягивается растворителем из-за структурной конфигурации системы и особенно смесительного кольца.

В настоящей заявке, управление циклом будет затронуто только в соответствии с открытием/закрытием (управлением) регулирующего клапана, который будет определять требуемое соотношение компонентов в смеси. Будучи стабильным процессом смешивания, необходимо просто управлять регулирующим клапаном растворяемого вещества в зависимости от разности между требуемым (необходимым) соотношением компонентов в смеси и реальным соотношением компонентов в смеси.

Поскольку предлагаемое смесительное кольцо, система и способ автоматически сохраняют пропорциональность конечного раствора (растворяемого вещества/растворителя), необходимость коррекции в расходе растворенного вещества снижается.

ЗАДАЧИ

Задачей настоящего изобретения является обеспечение смесительного кольца, структурно выполненного с возможностью растворения порции растворяемого вещества в порции растворителя, при этом порция растворителя перпендикулярно подводится к порции растворяемого вещества.

Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение смесительного кольца, системы и способа для растворения порции растворяемого вещества в порции растворителя, способного обрабатывать любой вид растворяемого вещества с вязкостью ниже или равной 170 сП и любым растворителем с вязкостью, равной или ниже 80 сП.

Дополнительной задачей настоящего изобретения является обеспечение смесительного кольца, системы и способа для растворения порции растворяемого вещества в порции растворителя, выполненного с возможностью уменьшения необходимости срабатывания в расходе растворяемого вещества, поступающего в смесительное кольцо.

Еще одна задача заключается в обеспечении смесительного кольца, системы и способа, выполненных с возможностью автоматического управления изменениями расхода растворяемого вещества из-за изменений в расходе растворителя.

Дополнительной задачей является обеспечение способа растворения порции растворяемого вещества в порции растворителя, способного контролировать реальное соотношение компонентов в смеси, управляя только одним из регулирующего клапана растворителя или регулирующего клапана растворяемого вещества.

Дополнительной задачей является обеспечение смесительного кольца и способа смешивания, которые могут использоваться в крупномасштабных системах, например, в индустрии напитков, а также могут использоваться в небольших масштабах, например, в машинах для напитков в ресторанах быстрого питания.

Задачей настоящего изобретения является также обеспечение смесительного кольца, системы и способа для растворения порции растворяемого вещества в порции растворителя, которое может использоваться во многих областях применения, как для приготовления напитков, так и в фармацевтической промышленности и также в больничном секторе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предложено смесительное кольцо для растворения порции растворяемого вещества в порции растворителя, причем смесительное кольцо содержит: путь ввода растворителя и путь ввода растворяемого вещества в сообщении по текучей среде с путем смешивания, при этом путь ввода растворителя выполнен с возможностью приема порции растворителя, а путь ввода растворяемого вещества выполнен с возможностью приема порции растворяемого вещества.

Смесительное кольцо имеет структурную конфигурацию для приведения порции растворителя и порции растворяемого вещества к пути смешивания, при этом смесительное кольцо дополнительно содержит диффузор, по большей части расположенный во внутренней области пути смешивания, причем диффузор выполнен с возможностью приведения порции растворителя к порции растворяемого вещества.

Изобретение дополнительно нацелено на систему для растворения порции растворяемого вещества в порции растворителя, при этом система содержит выпускной канал растворителя, выполненный с возможностью приведения порции растворителя из емкости для растворителя в смесительное кольцо, причем первый конец выпускного канала растворителя связан с нижним участком емкости для растворителя, при этом выпускной канал растворителя содержит диаметр канала для растворителя, который равен первому диаметру смесительного кольца.

Система дополнительно содержит выпускной канал растворяемого вещества, выполненный с возможностью приведения порции растворяемого вещества из емкости для растворяемого вещества в смесительное кольцо, причем первый конец выпускного канала растворяемого вещества связан с нижним участком емкости для растворяемого вещества, при этом канал растворяемого вещества содержит диаметр канала для растворяемого вещества, который равен третьему диаметру смесительного кольца.

Настоящее изобретение дополнительно предлагает способ растворения порции растворяемого вещества в порции растворителя, причем способ включает этапы, при которых устанавливают требуемое соотношение смешивания растворителя и растворяемого вещества в растворе, добавляют порцию растворителя и порцию растворяемого вещества в смесительное кольцо системы для растворения порции растворяемого вещества в порции растворителя.

Способ дополнительно включает в себя этап, при котором измеряют расход порции растворителя, прежде чем порция растворителя достигает смесительного кольца, и измеряют расход порции растворяемого вещества, прежде чем порция растворяемого вещества достигает смесительного кольца, определяют реальное соотношение компонентов в смеси путем деления измеренного расхода растворителя на измеренный расход растворяемого вещества, и сравнивают упомянутое установившееся реальное соотношение компонентов в смеси с требуемым соотношением компонентов в смеси.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение было проиллюстрировано в соответствии с его предпочтительным вариантом осуществления, который показывает:

Фиг.1 представляет собой вид в разрезе смесительного кольца, предложенного в настоящем изобретении;

Фиг.2 представляет собой вид в разрезе смесительного кольца, при этом фиг.2(a) показывает путь ввода растворителя, фиг.2(b) показывает путь ввода растворенного вещества, а фиг.2(c) показывает путь смешивания;

Фиг.3 представляет собой вид в разрезе предлагаемого смесительного кольца, показывающий протекание растворителя и растворяемого вещества;

Фиг.4 представляет собой вид в разрезе предлагаемого смесительного кольца с указанием его структурных размеров;

Фиг.5 представляет собой вид в разрезе предлагаемого смесительного кольца, показывающий размеры пути ввода растворяемого вещества;

Фиг.6 представляет собой вид в разрезе предлагаемого смесительного кольца, показывающий горловину для растворяемого вещества предлагаемого смесительного кольца;

Фиг.7 представляет собой вид в разрезе предлагаемого смесительного кольца, показывающий размеры диффузора;

Фиг.8 представляет собой дополнительный вид в разрезе предлагаемого смесительного кольца, показывающий размеры диффузора;

Фиг.9 представляет собой выделенный вид внутренней области смесительного кольца, раскрывающий векторы перемещения растворителя и растворяемого вещества;

Фиг.10 представляет собой общий вид системы для растворения порции растворяемого вещества в порции растворителя, предлагаемой в настоящем изобретении; а также

Фиг.11 представляет собой дополнительный вид системы для растворения порции растворяемого вещества в порции растворителя.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

В этом предпочтительном варианте осуществления предлагаемого смесительного кольца, смесительной системы и способа смешивания, растворитель может, предпочтительно, пониматься как порция воды, а растворяемое вещество может, предпочтительно, пониматься как порция сиропа.

Фиг.1 представляет собой вид в разрезе смесительного кольца 1, предложенного в настоящем изобретении; Для лучшего понимания предлагаемого смесительного кольца 1, на фиг.1 будут показаны основные сегменты, и поэтому каждый сегмент будет рассмотрен в зависимости от его структурной конфигурации и назначения.

Ссылаясь к фиг.1, предлагаемое смесительное кольцо 1 содержит:

Путь 4 смешивания, диффузор 5, зону 6 ввода растворителя, дроссельную зону 7, зону 8 ввода растворяемого вещества, и камеру 9 растворяемого вещества. Зона 6 ввода растворителя и дроссельная зона 7 образуют путь 2 ввода растворителя, дополнительно, зона 8 ввода растворяемого вещества и камера 9 растворяемого вещества образуют путь 3 ввода растворяемого вещества. Пунктирные линии, показанные на фиг.1, представляют границы каждого сегмента, упомянутого ранее.

Путь 2 ввода растворителя и путь 3 ввода растворяемого вещества могут быть конкретно видны из фигур 2(a) и 2(b), соответственно. Путь 4 смешивания (без диффузора) показан на фиг.2(с).

Сплошные стрелки на фиг.3 представляют собой порцию растворителя, которая поступает из емкости для растворителя (не показана) в путь 2 ввода растворителя и, соответственно, пунктирные стрелки представляют собой порцию растворяемого вещества, которая поступает из емкости для растворяемого вещества (не показана) в путь 3 ввода растворяемого вещества. В альтернативном варианте осуществления смесительного кольца 1, растворитель и растворяемое вещество могут поступать из другой емкости, не являющейся специальной емкостью.

Оба, и растворитель и растворяемое вещество всасываются насосом, который размещен рядом со смесительным кольцом 1, место такого насоса будет дополнительно рассмотрено после завершения описания структурной конфигурации смесительного кольца 1.

Как можно видеть из фиг.4, соединение между зоной 6 ввода растворителя и дроссельной зоной 7 образовывает первый диаметр A, который будет зависеть от общего расхода (расхода растворителя+расхода сиропа), который смесительное кольцо 1 спроектировано смешивать (получать).

В приведенной ниже таблице показаны предпочтительные значения для первого диаметра A согласно общему расходу, подлежащему обработке. Как только что упомянуто, приведенные ниже значения являются только предпочтительными значениями, которые не следует рассматривать как ограничивающие.

Что касается длины N зоны ввода растворителя, то в этом предпочтительном варианте осуществления смесительного кольца 1, она имеет тот же размер, что и первый диаметр A.

На начальном этапе сходимости порции растворителя, что ведет к пути 4 смешивания, внутренняя область пути 2 ввода растворителя, постепенно уменьшается, начиная от соединения между зоной 6 ввода растворителя и дроссельной зоной 7 до точки 13 дросселя в непосредственной близости между соединением дроссельной зоны 7 и пути 4 смешивания.

Следовательно, и со ссылкой к фигурам 2-4, определяется второй диаметр В, который будет составлять от 50% до 65% от первого диаметра А, как показано ниже:

Что касается длины O пути смешивания, то она зависит от первого диаметра A, в частности, в этом предпочтительном варианте осуществления смесительного кольца 1, длина O пути 4 смешивания должна быть в 1,5-3,0 раза больше значения первого диаметр A:

От точки 13 дросселя до границы с путем 4 смешивания, второй диаметр В, предпочтительно, поддерживается постоянным (для того, чтобы правильно привести растворитель к пути 4 смешивания), такая конфигурация повышает эффективность смешивания между растворяемым веществом и растворителем. Однако в альтернативном варианте осуществления смесительного кольца 1, постепенное сужение может продолжаться непосредственно до упомянутой границы.

Постепенное сужение от первого диаметра А до второго диаметра В создает дроссельный угол θ, который можно рассматривать как угол сходимости смесительного кольца 1. Аналогично первому диаметру A, дроссельный угол θ должен зависеть от общего расхода, который смесительное кольцо 1 спроектировано обрабатывать.

Предпочтительные значения дроссельного угла θ раскрыты в следующей таблице:

Структурная конфигурация пути 3 ввода растворяемого вещества будет специально рассмотрена, начиная с фиг.5.

Порция растворяемого вещества сначала вводится в смесительное кольцо 1 в зону 8 ввода растворяемого вещества, которая имеет третий диаметр С. Значения третьего диаметра C зависят от общего расхода, который смесительное кольцо 1 должно обрабатывать. Можно видеть, что третий диаметр С должен, предпочтительно, составлять от 50% до 65% значения первого диаметра А.

Можно заметить, что значения являются эквивалентными значениям, предложенным для второго диаметра B, поэтому в этом предпочтительном варианте осуществления смесительного кольца 1, второй диаметр B равен третьему диаметру C.

Чтобы выполнить правильное введение порции растворяемого вещества в путь 4 смешивания, ширина E камеры растворяемого вещества не должна предполагать большие размеры. В этом предпочтительном варианте осуществления смесительного кольца, ширина E камеры растворяемого вещества, предпочтительно, должна принимать значение в следующем диапазоне: C/10 ≤ E ≤ C/3. Ссылка к третьему диаметру С приведена на фиг.5.

Ссылаясь к фиг.4, значение ширины E камеры растворяемого вещества является эквивалентным расстоянию (длине) от точки 13 дросселя до границы с путем 4 смешивания.

С этим предпочтительным значением, порция растворяемого вещества будет «сжата» и, следовательно, приведет к открытому участку камеры 9 растворяемого вещества, что будет последовательно рассмотрено.

Перед входом в путь 4 смешивания, порция растворяемого вещества протекает через горловину 11 растворяемого вещества, которая представлена выделенной темной областью на фиг.6. Структурно, и со ссылкой к фиг.5, горловина 11 растворяемого вещества устанавливает вторую ширину F, которая зависит от четвертого диаметра D и от первого диаметра A, следовательно, вторая ширина F зависит от расхода растворителя и растворяемого вещества, которые смесительное кольцо 1 должно получить.

В частности, вторая ширина F получается из следующего выражения:

F=D²/4×A.

Обращаясь к фиг.4, значение второй ширины F также является значением расстояния от точки 13 до границы с путем 4 смешивания.

Для лучшего введения растворяемого вещества в путь 4 смешивания, горловина 11 растворяемого вещества образует выступающий уклон 12, который выполнен с возможностью приведения порции растворяемого вещества к диффузору 5, более конкретно и со ссылкой к фиг.7, к прямолинейным сегментам 16 и 16' диффузора 5.

Предпочтительно, чтобы выступающий уклон 12 был прямым уклоном, однако другие конфигурации для уклона 12 являются приемлемыми, например, изогнутая или зубчатая конфигурация.

Выступающий уклон 12 устанавливает угол ρ горловины, который в этом предпочтительном варианте осуществления смесительного кольца 1 принимает значение 45°. Это предпочтительное значение правильно приводит растворяемое вещество к диффузору 5, однако при желании могут быть использованы другие значения. Предпочтительно, чем больше расход сиропа (растворяемого вещества), тем меньше будет значение угла ρ горловины.

После того, как порция растворяемого вещества течет вдоль горловины 11 растворяемого вещества, оно входит в путь 4 смешивания, где диффузор 5 размещен в центре смесительного кольца 1. Структурную конфигурацию диффузора можно лучше видеть из фиг.7.

Способ, которым диффузор установлен в смесительном кольце, не является основным аспектом предлагаемого изобретения, он может быть установлен любым общеизвестным способом.

Как можно видеть, диффузор 5 представляет собой симметричную структуру, в которой ось симметрии представляет собой продольную ось A-A смесительного кольца 1. Диффузор 5 образован двумя выпуклыми дугами, первой дугой 14 и второй дугой 15, противоположно смещенными относительно друг друга и соединенными прямолинейными сегментами 16 и 16'.

Противоположно смещенные, это означает, что наблюдатель, расположенный за пределами диффузора (вдоль оси AA смесительного кольца 1) и смотрящий в его направлении, будет видеть выпуклую поверхность одной из дуг и, следовательно, вогнутую поверхность другой дуги. Например, со ссылкой к фиг.8 наблюдатель, расположенный в точке Р, будет видеть выпуклую поверхность первой дуги 14 и вогнутую поверхность второй дуги 15.

Предпочтительно, вершины V₁ и V₂ диффузора соответственно, первой и второй выпуклых дуг 14 и 15 расположены на продольной оси A-A смесительного кольца 1. Кроме того, как лучше видно из фиг.8, апертурные углы β₁, β₂ выпуклых дуг диффузора 5 являются различными, причем в этом предпочтительном варианте осуществления смесительного кольца 1 апертурный угол β₁ первой выпуклой дуги 14 должен быть больше, чем апертурный угол β₂ второй выпуклой дуги 15.

Вершины V₁ и V₂ могли бы образовать вогнутую/выпуклую поверхность или, альтернативно, могли бы образовать клинообразную поверхность (образующую поверхность типа стрелки), причем сегменты каждой из дуг соединяются в одной точке.

Ссылаясь на числовые значения, в предпочтительном варианте осуществления, апертурный угол β₁ диафрагмы должен составлять около 55°, а апертурный угол β₂ предпочтительно, составляет около 20°. В общих условиях, можно отметить, что β₁, по меньшей мере, вдвое превышает значение β₂.

Что касается его размеров, длина диффузора 5 (расстояние между вершинами V₁ и V₂) должна, предпочтительно, в 1,5 превышать значение первого диаметра A (допустим диапазон от 1,3 до 1,6), дополнительно, ширина G диффузора должна составлять 25% от значения первого диаметра A (допустим диапазон от 23% до 26%), как показано ниже:

Такая структурная конфигурация диффузора 5 приводит порцию растворителя к порции растворяемого вещества для последующего добавления растворяемого вещества в растворитель. В частности, с предлагаемым смесительным кольцом 1, векторы перемещения растворителя проходят перпендикулярно (диапазон от 75° до 105° будет приемлемым) к направлению векторов перемещения растворяемого вещества, при этом встреча происходит в пути 4 смешивания вблизи горловины 11 растворяемого вещества.

Эффективность смешивания увеличивается, поскольку, устанавливая диффузор 5 в центр смесительного кольца 1, скорость перемещения растворителя уменьшается и, следовательно, происходит перетаскивание растворяемого вещества (затягивание растворяемого вещества).

Дополнительно, после столкновения векторов перемещения растворителя и растворяемого вещества, длина диффузора должна гарантировать, что такие векторы будут выровнены, по этой причине должны использоваться значения, описанные в таблице выше.

Фиг.9 представляет собой выделенный вид внутренней области смесительного кольца 1, раскрывающий векторы перемещения растворителя (V_{растворителя} и векторы перемещения растворяемого вещества (V_{растворяемого вещества}). Сплошные линии представляют собой векторы растворителя, а пунктирные линии представляют собой векторы растворяемого вещества.

Фиг.9 дополнительно показывает столкновение растворителя и растворяемого вещества, видно, что такие векторы сталкиваются, образуя перпендикулярный угол и, следовательно, результирующий вектор перемещения раствора (V_{раствора}), который следует параллельно прямолинейным сегментам 16 и 16' диффузора 5.

Что касается размещения диффузора 5 в смесительном кольце 1, то из фигур (особенно из фиг.2(а)) можно заметить, что диффузор 5 полностью размещен на пути 4 смешивания, однако в альтернативном варианте осуществления смесительного кольца 1, незначительный участок первой выпуклой дуги 14 может присоединиться к пути 2 ввода растворителя.

В дополнительном альтернативном варианте осуществления смесительного кольца 1, диффузор может быть перемещен (передвинут, смещен) вдоль продольной оси (А-А) смесительного кольца (входя в дроссельную зону 7). Такой признак позволяет значительно управлять векторами перемещения растворяемого вещества/растворителя и, следовательно, управлять областью, в которой векторы будут сталкиваться (встречаться).

В другом альтернативном варианте осуществления предлагаемого смесительного кольца 1, оно может быть спроектировано без диффузора 5, в этом смысле, структурная конфигурация дроссельной зоны 7 приведет порцию растворителя к порции растворяемого вещества.

В варианте осуществления, в котором смесительное кольцо спроектировано без диффузора, предлагаемые значения дроссельного угла (θ) будут такими же, как в варианте осуществления с диффузором, далее порция растворителя будет направлена к порции растворяемого вещества под углом между 45° и 90°.

Было описано предлагаемое смесительное кольцо 1 для растворения порции растворяемого вещества в порции растворителя, теперь будет рассмотрена система, в которой такое смесительное кольцо 1, предпочтительно, используется, иными словами, система 25 растворения порции растворяемого вещества в порции растворителя будет описана (также называемая системой 25).

Фиг.10 представляет общий предпочтительный вариант осуществления предлагаемой системы 25. Такая фигура иллюстрирует основные компоненты и каналы (трубы) системы 25, не отображая все их клапаны и другие каналы, которые будут описаны последовательно.

Как видно из фиг.10, система 25 содержит емкость 20 для растворителя и емкость 21 для растворяемого вещества, связанные со смесительным кольцом 1, причем упомянутое смесительное кольцо 1 в предпочтительном варианте осуществления системы 25 представляет собой смесительное кольцо 1, описанное выше, и предложенное в настоящей заявке.

Емкости 20 и 21 выполнены с возможностью хранения, соответственно, порции растворителя и порции растворяемого вещества, которые позднее будут смешаны в смесительном кольце 1. Соединение емкости 20 для растворителя и смесительного кольца 1 осуществляется посредством выпускного канала 26 для растворителя, как показано на фиг.10.

Как можно видеть из фигур 4-10, первый конец выпускного канала 26 для растворителя, предпочтительно, связан с нижним участком емкости 20 для растворителя. Дополнительно, канал для растворителя, предпочтительно, представляет собой трубчатую структуру с диаметром канала для растворителя, который равен первому диаметру A смесительного кольца 1. Противоположный конец выпускного канала 26 для растворителя соединен с зоной 6 ввода растворителя смесительного кольца 1.

Как можно дополнительно видеть из фигур 5 и 10, система 25 дополнительно содержит выпускной канал 27 для растворяемого вещества, выполненный с возможностью приведения порции растворяемого вещества из емкости 21 для растворяемого вещества к смесительному кольцу 1. Подобно выпускному каналу 26 для растворителя, выпускной канал 27 для растворяемого вещества представляет собой трубчатую структуру с диаметром канала для растворяемого вещества, который равен третьему диаметру C смесительного кольца 1.

Как лучше видно из фиг.10, первый конец выпускного канала 27 для растворяемого вещества, предпочтительно, связан с нижним участком емкости 21 для растворяемого вещества, следовательно, противоположный конец соединен со смесительным кольцом 1. Предпочтительно, соединение как выпускного канала 26 для растворителя, так и выпускного канала 27 для растворяемого вещества с емкостью 20 для растворителя, емкостью 21 для растворяемого вещества и смесительным кольцом 1 выполняется посредством процесса сварки.

Предпочтительно, соединение между выпускным каналом 26 для растворителя и выпускным каналом 27 для растворяемого вещества с нижним участком, соответственно, емкостей 20 и 21 не должно рассматриваться как ограничение, как показано на фиг.10. Такое соединение может быть выполнено в других частях емкостей 20 и 21 (например, по бокам емкости), которые должны быть расположены ниже рабочего уровня емкостей.

Чтобы поддерживать постоянное давление в смесительном кольце 1, емкость 21 для растворяемого вещества (резервуар) должна располагаться на определенном расстоянии (высоте) от смесительного кольца 1.

В этом предпочтительном варианте осуществления системы 25, емкость 21 для растворяемого вещества размещена между 1700 миллиметрами (мм) и 1900 мм от соединения между выпускным каналом 27 для растворяемого вещества и смесительным кольцом 1 до половины общей высоты L' емкости 21 для растворяемого вещества. Предпочтительно, выпускной канал 27 для растворяемого вещества должен располагаться вертикально между смесительным кольцом 1 и емкостью 21.

Следовательно, со ссылкой к фиг.10, первая высота H, предпочтительно, должна составлять около 1700 мм и 1900 мм. Упоминаемое соотношение между первой высотой H и общей высотой L' емкости 21 для растворяемого вещества должно поддерживаться независимо от объема емкости для растворяемого вещества.

Упомянутый предпочтительный диапазон значений для первой высоты H устанавливает минимальное давление (150 г/см²⁾ в емкости 21 для растворяемого вещества, такое давление обеспечивает поток сиропа (растворяемого вещества) из емкости 21 до смесительного кольца 1.

Точка соединения между каналом 28 ввода растворяемого вещества и емкостью 21 для растворяемого вещества может быть такой, как показано на фиг.10, или, альтернативно, на противоположной стороне емкости 21 для растворяемого вещества. Важно отметить, что такая точка соединения должна быть размещена в местах ≥ 10% от общей высоты L' емкости для растворяемого вещества (отсчитывается от основания емкости за исключением ее опорных ножек).

Подобно выпускному каналу 27 для растворяемого вещества, канал 28 ввода растворяемого вещества представляет собой трубчатую структуру с диаметром, который зависит от максимального расхода растворяемого вещества, который система должна обрабатывать. Другими словами, диаметр канала 28 ввода растворяемого вещества равен диаметру выпускного канала 27 для растворяемого вещества, который равен третьему диаметру С смесительного кольца 1.

Ввод растворяемого вещества в емкость 21 осуществляется путем управления (открытия/закрытия) впускным клапаном V₁₃ для растворяемого вещества. Кроме того, система 25 дополнительно содержит выпускной клапан V₁₄ для растворяемого вещества, который должен оставаться открытым во время всего процесса смешивания для сохранения атмосферного давления в емкости 21 для растворяемого вещества.

В выпускном канале 27 растворяемого вещества, система 25 дополнительно содержит выпускной клапан V_26. Кроме того, используется регулирующий клапан V_m12 для лучшего управления расходом растворяемого вещества, которое подводится к смесительному кольцу 1.

Расходомер S_q12 растворяемого вещества может быть расположен между смесительным кольцом 1 и регулирующим клапаном V_m12 для контроля расхода растворяемого вещества, поступающего в смесительное кольцо 1. В предлагаемой системе 25 важно измерять расход растворяемого вещества, чтобы поддерживать баланс (выравнивание) соотношения компонентов в смеси между растворителем и растворяемым веществом. Баланс достигается путем управления открытием регулирующего клапана V_m12 растворяемого вещества.

Предпочтительно, емкость 21 может содержать любой способ очистки, такой как использование промывочных шариков (не показаны). Возможно, использовать любой другой известный способ для очистки емкости.

Растворитель добавляется в емкость 20 для растворителя из источника растворителя (не показан) и через канал 24 ввода растворителя. Предпочтительно канала 24 ввода растворителя должен быть равен диаметру выпускного канала 26 растворителя и, следовательно, равен первому диаметру А смесительного кольца 1.

В предпочтительном варианте осуществления системы 25, растворитель добавляется в верхний участок емкости 20 (ссылка сделана к фиг.11) путем управления регулирующим клапаном V_m18 для растворителя. Управление (открытие/закрытие) регулирующим клапаном V_m18 растворителя позволяет поддерживать уровень растворителя в емкости 20 постоянным независимо от расхода растворителя, требуемого системой.

Альтернативно, растворитель может быть добавлен с любой из сторон емкости, если он добавляется дождевым способом (будет описан ниже) и в область емкости, которая не контактирует с растворителем (область, которая не имеет жидкости).

Как видно из фиг.10, предлагаемая система 25 дополнительно содержит конусный отражатель 30, который расположен внутри емкости 20 для растворителя (предпочтительно в его верхнем участке) и соединен с одним концом канала 24 ввода растворителя.

Конусный отражатель 30 позволяет поддерживать уровень емкости 20 постоянным и дополнительно позволяет добавлять растворитель в емкость 20 дождевым способом, что дополнительно деоксигенирует (удаляет кислород) из растворителя и, следовательно, увеличивает контакт между вакуумом в верхнем участке емкости 20 для растворителя и множеством капель 31 растворителя, которые оставляют конусный отражатель 30.

Другими словами, конусный отражатель 30 выполнен с возможностью разбрасывания (распыления, разбрызгивания) порции растворителя на множество капель 31 растворителя.

Использование конусного отражателя 30, как показано на фиг.10, представляет собой просто вариант осуществления способа добавления растворителя в емкость 20 дождевым способом, однако могут быть использованы другие способы, известные в данной области техники, цель которых заключается в добавлении растворителя в каплях (дождевым образом).

Вакуум в верхнем участке емкости 20 для растворителя, предпочтительно, генерируется вакуумным насосом В₃ любого типа, известного из предшествующего уровня техники. Конфигурация такого насоса не является основным аспектом предлагаемой системы 25. Кроме того, связанная с вакуумным насосом B₃, система 25, предпочтительно, содержит вакуумный клапан V₂₈, который закрывается, если емкость 20 с растворителем заполнена.

Уровень вакуума в емкости 20 для растворителя должен поддерживаться между -50 г/см² и -150 г/см², такие значения диапазона позволяют поддерживать постоянный расход растворителя в смесительном кольце 1 (зоне 6 ввода растворителя).

Дополнительно, емкость 20 для растворителя, предпочтительно, должна содержать выпускной клапан V₁₆ емкости для растворителя, который открывается и имеет целью выпускать давление, когда уровень растворителя увеличивается выше его максимального уровня.

Уровень растворителя в емкости, предпочтительно, контролируется волноводным радарным датчиком (не показан), который может быть любого типа, известного по предшествующему уровню техники. Можно использовать любой другой способ или оборудование, способное измерять уровень определенной жидкости.

В предпочтительном варианте осуществления предлагаемой системы 25, она может дополнительно содержать датчик давления (не показан), который позволяет контролировать уровень вакуума в емкости 20 для растворителя. Наконец, емкость 20 для растворителя дополнительно содержит выпускной клапан V₂₁ емкости 20 для растворителя, который может быть использован, если необходим дренаж растворителя в емкости 20.

Фиг.11 представляет собой дополнительный вид системы 25 для растворения порции растворяемого вещества в порции растворителя, как предлагается в настоящем изобретении. Фиг.11 показывает дополнительные компоненты системы 25 в сравнении с фиг.9.

Как можно видеть из фиг.11, система 25 содержит основной насос В₁, который расположен рядом (в соединении) со смесительным кольцом 1. Насос B₁ выполнен с возможностью всасывания растворителя и растворяемого вещества в смесительное кольцо 1, и после завершения процесса смешивания, выведения раствора в систему карбонизации (не раскрывается).

Основной насос B₁ должен располагаться на предпочтительном расстоянии от смесительного кольца 1 и, предпочтительно, насос B₁ расположен на одной высоте со смесительным кольцом 1. На одной высоте означает, что канал, который соединяет (связывает) смесительное кольцо 1 с основным насосом B₁, является выровненным.

Предпочтительное расстояние между основным насосом B₁ и смесительным кольцом 1 указывается как расстояние L смешивания, как видно из фиг.11. Значение расстояния L смешивания зависит от значения первого диаметра A смесительного кольца 1 и, следовательно, расстояние L смешивания зависит от максимального расхода растворителя, который система 25 предназначена принимать.

В предпочтительном варианте осуществления, значение расстояния L смешивания составляет от 5 до 11 раз от значения первого диаметра A. Если используются значения меньше 5, это может вызвать нежелательную турбулентность на пути 4 смешивания смесительного кольца 1, с другой стороны, со значениями, превышающими 11, необходимо также увеличивать мощность основного насоса В₁.

Канал, который соединяет смесительное кольцо 1 с основным насосом В_1, упоминается как канал 32 для карбонизации, предпочтительно, сконфигурированный в виде трубчатой структуры с внутренним диаметром, равным первому диаметру А смесительного кольца 1. Канал 32 должен быть соединен с путем 4 смешивания смесительного кольца 1 и, кроме того, первый диаметр А, предпочтительно, удерживается в трубчатой структуре, которая соединяет основной насос В₁ с системой карбонизации (не показана).

Дополнительно, запорный клапан V₂₀, предпочтительно, расположен в выпускном канале 26 для растворителя. Запорный клапан V₂₀ должен быть закрыт, чтобы прерывать поток растворителя в канале 26, когда это необходимо. Кроме того, как видно из фиг.11, расходомер S_q13 растворителя, предпочтительно, расположен вблизи смесительного кольца 1, так что расход растворителя, который поступает в смесительное кольцо 1, может быть соответствующим образом измерен.

Расстояние между смесительным кольцом 1 и расходомером S_q13 растворителя может быть, предпочтительно, равно или больше пятикратного значения первого диаметра A.

Описав предпочтительную систему 25 для растворения порции растворяемого вещества в порции растворителя и, кроме того, предпочтительную структурную конфигурацию для смесительного кольца 1, используемого в такой системе 25, предпочтительный способ растворения порции растворяемого вещества в порции растворителя теперь будет рассмотрен.

Способ и, следовательно, клапаны и насосы, которые составляют предлагаемую систему, предпочтительно, управляются человеко-машинным интерфейсом (HMI). Детали такого HMI являются необязательными для описания, поскольку это не является основным аспектом настоящего изобретения. Может использоваться любой HMI, способный управлять клапанами и насосами, известный из предшествующего уровня техники. В альтернативном варианте осуществления, этот способ может быть с ручным управлением.

Во время процесса смешивания, выпускной клапан V₁₄ и вакуумный клапан V₂₈ следует держать открытыми, далее вакуумный насос B₃ запускается для создания вакуума в емкости 20 для растворителя.

Предпочтительно, вакуумный насос B₃ должен поддерживаться активированным во время процесса смешивания и за несколько минут до начала смешивания.

Вакуумный насос B₃ должен быть активирован, вакуумный клапан V₂₈ и выпускной клапан V₁₄ для растворяемого вещества открыты, растворитель должен быть добавлен в емкость 20 для растворителя. Следовательно, регулирующий клапан V_m18 растворителя должен быть открыт для того, чтобы поддерживать постоянный объем растворителя внутри емкости 20.

Предпочтительно, объем растворителя в емкости 20 для растворителя должен поддерживаться постоянным для сохранения постоянного расхода растворителя в смесительном кольце 1. Объем емкости 21 для растворяемого вещества контролируется активацией (открытием/закрытием) впускного клапана V₁₃ растворяемого вещества в соответствии с требуемым объемом растворяемого вещества.

Когда основной насос В₁ начинает извлекать (всасывать) растворитель и растворяемое вещество, объем в емкости 20 для растворителя должен поддерживаться постоянным, как упоминалось ранее, однако объем в емкости 21 для растворяемого вещества может меняться.

Во время смешивания должен быть открыт запорный клапан V₂₀ и выпускной клапан V₂₆. Как уже упоминалось ранее, выпускной клапан V₁₄ и вакуумный клапан V₂₈ должны быть открыты, вакуумный насос B₃ должен быть запущен, а клапаны V_m18 и V₁₃ должны быть открыты.

Одновременно с открытием запорного клапана V₂₀ и выпускного клапана V₂₆, растворяемого вещества, должен быть открыт регулирующий клапан V_m12 растворяемого вещества. Процент открытия регулирующего клапана V_m12 растворяемого вещества должен быть равен среднему проценту открытия последнего производства смеси (если система используется без расходомеров растворителя и растворяемого вещества) или может управляться в соответствии с расходами растворителя и растворяемого вещества, измеренными расходомерами S_q12 и S_q13.

Если расходомеры не используются, и для достижения такого среднего открытия, ПЛК должен хранить каждый процент открытия регулирующего клапана V_m12 для растворяемого вещества, который ранее использовался в цикле смешивания для получения определенного вкуса (раствора).

Следовательно, гарантируется, что при запуске нового процесса смешивания, расход растворяемого вещества будет около (или близко к) желаемого расхода для получения желаемого вкуса.

Если используются расходомеры, при запуске основного насоса В₁ расходомеры S_q13 и S_q12 растворителя и растворяемого вещества начинают измерять расход растворителя и растворяемого вещества, соответственно.

Реальное соотношение компонентов в смеси достигается делением расхода растворителя и расхода растворяемого вещества. Упомянутое реальное соотношение компонентов в смеси должно сравниваться с требуемым соотношением компонентов в смеси, при этом требуемое соотношение компонентов в смеси представляет собой соотношение растворителя и растворяемого вещества, которое должен иметь конечный раствор, причем такое требуемое соотношение компонентов в смеси определяется оператором, по предложенному способу, с использованием HMI.

Если разность между реальным соотношением компонентов в смеси (деление расхода) и требуемым соотношением компонентов в смеси является положительной, необходимо увеличить процент открытия регулирующего клапана V_m12 (V_m12 открывается) до тех пор, пока разность между реальным соотношением компонентов в смеси и требуемым соотношением компонентов в смеси достигает нуля.

Если разность приводит к отрицательному значению, процент открытия регулирующего клапана V_m12 должен быть уменьшен (V_m12 закрывается), пока разность не достигнет нуля.

Например, если требуемое соотношение компонентов в смеси, установленное в ПЛК, составляет 4 м³/ ч, а расходомер S_q13 растворителя измеряет расход 6 м³/ч, и расходомер S_q12 растворяемого вещества измеряет расход 2 м³/ч, реальное соотношение компонентов в смеси будет 6 m³/h/2 m³/h=3.

Поэтому разность между реальным соотношением компонентов в смеси (3) и требуемым соотношением компонентов в смеси (4) будет отрицательной (-1). Таким образом, как указано выше, процент открытия регулирующего клапана V_m12 растворяемого вещества должен быть закрыт до тех пор, пока расходомер S_q12 не будет измерять расход растворяемого вещества 1,5 м³/ч.

При расходе растворяемого вещества 1,5 м³/ч, реальное соотношение компонентов в смеси будет 4, и поэтому разность между реальным соотношением компонентов в смеси (4) и требуемым соотношением компонентов в смеси (4) будет равна нулю.

ПЛК можно настроить для управления процентом открытия регулирующего клапана V_m12 до тех пор, пока сравнение (разность) не достигнет ровно нуля или значения, по существу, равного нулю. Приемлемый допуск, очевидно, будет зависеть от применения, в котором система используется, и ее точности (химическая, пищевая промышленность, фармацевтическая промышленность).

Сравнение между требуемым соотношением компонентов в смеси и реальным соотношением компонентов в смеси автоматически выполняется в режиме реального времени ПЛК, а также открытие/закрытие (регулирование) регулирующего клапана V_m12 растворяемого вещества.

Поскольку структурная конфигурация смесительного кольца 1 сохраняет пропорциональность растворяемого вещества с растворителем, необходимость коррекции (регулирования) расхода растворяемого вещества снижается.

В альтернативном варианте осуществления и, как упоминалось ранее, не будет необходимости в использовании расходомеров S_q12 и S_q13. Соотношение компонентов в смеси можно определить только путем установки процента открытия регулирующего клапана V_m12 растворяемого вещества согласно последним средним значениям открытия, хранящимся в ПЛК, поскольку изменение расхода растворителя автоматически приведет к изменению расхода растворяемого вещества.

Дополнительно, несмотря на вышеописанный способ, упоминавший только об управлении процентом открытия регулирующего клапана V_m12 растворяемого вещества, когда регулирующий клапан V_m18 растворителя поддерживался при фиксированном проценте открытия, в альтернативном варианте осуществления способ может быть выполнен путем управления процентом открытия регулирующего клапана V_m18 растворителя (воды), в то время как открытие регулирующего клапана V_m12 сиропа (растворяемого вещества) может поддерживаться фиксированным.

Дополнительно, растворяемое вещество, упоминаемое в настоящем изобретении, не должно ограничиваться как порция сиропа, предпочтительно, любой материал с вязкостью менее или равной 170 cPs может быть использован в предлагаемом смесительном кольце 1, системе 25 и способе. Например, растворяемое вещество может быть: кукурузным сиропом с высоким содержанием фруктозы, алкоголь, уксус, моющие средства, жидкие чистящие средства (для бытового потребления/коммерческие) и другим.

Аналогичным образом, порция растворителя не должна ограничиваться как порция воды. Предпочтительно, может быть использован любой материал с вязкостью, равной или ниже 80 cPs, например, вода или газированная вода.

Дополнительно, область применения предлагаемого смесительного кольца 1, системы 25 и способа растворения порции растворяемого вещества в порции растворителя не должна ограничиваться индустрией напитков. Изобретение может быть дополнительно использовано в химической и фармацевтической промышленности и дополнительно в больничном секторе.

Независимо от области применения, важно соблюдать ограничения в вязкостях растворителя и растворяемого вещества, как упомянуто выше.

Дополнительно, при использовании в индустрии напитков, применение предлагаемого смесительного кольца 1 и способа не должно ограничиваться крупномасштабными системами. Предложенное изобретение может быть использовано в небольших масштабах, например, только в предпочтительном примере, в малогабаритных смешивающих машинах для напитков, таких как те, которые используются в ресторанах быстрого питания или даже в бытовых или кухонных приборах.

Независимо от области применения, важно соблюдать размеры смесительного кольца 1 и системы 25 в соответствии с общим расходом, который необходимо обработать.

Были описаны предпочтительные варианты осуществления, однако следует понимать, что объем настоящего изобретения охватывает другие возможные варианты, ограничиваемые только содержимым прилагаемой формулы изобретения, которые включают возможные эквиваленты.

Реферат

Изобретение относится к системе, способу и к смесительному кольцу для растворения порции растворяемого вещества в порции растворителя. Смесительное кольцо для растворения порции растворяемого вещества в порции растворителя содержит: путь ввода растворителя и путь ввода растворяемого вещества, связанные по текучей среде путем смешивания, при этом путь ввода растворителя выполнен с возможностью приема порции растворителя, а путь ввода растворяемого вещества выполнен с возможностью приема порции растворяемого вещества, причем смесительное кольцо структурно выполнено с возможностью проведения порции растворителя и порции растворяемого вещества к пути смешивания, и при этом смесительное кольцо дополнительно содержит диффузор, по большей части расположенный во внутренней области пути смешивания, причем диффузор выполнен с возможностью проведения порции растворителя к порции растворяемого вещества, причем путь ввода растворяемого вещества содержит выступающий уклон, выполненный с возможностью направления порции растворяемого вещества к диффузору, причем выступающий уклон устанавливает угол горловины относительно внутренней стенки смесительного кольца, причем угол горловины является острым углом, причем путь ввода растворителя выполнен как зона ввода растворителя и дроссельная зона, при этом дроссельная зона расположена между зоной ввода растворителя и путем смешивания, причем соединение между зоной ввода растворителя и дроссельной зоной образовывает первый диаметр, а соединение между дроссельной зоной и путем смешивания образовывает второй диаметр, который является меньше, чем первый диаметр, при этом внутренний диаметр дроссельной зоны постепенно уменьшается от первого диаметра до второго диаметра. Технический результат - коррекция в расходе растворенного вещества снижается. 6 н. и 31 з.п. ф-лы, 11 ил.

Формула