устройство для получения пищевых пенообразных масс

Формула изобретения

1. Устройство для получения пищевых пенообразных масс, характеризующееся тем, что содержит источник газа, питающий газом трубопровод, сопряженный с ним герметизирующий колпак, миксер, вал которого пропущен через осевое отверстие колпака и оснащен взбивающими инструментами дискообразной формы, механизм прижима с поворачивающимся рычагом, закрепленный на остове, жестко связывающем верхнюю и нижнюю части устройства, потребительскую емкость с жидкостью для взбивания, установленную с возможностью извлечения между колпаком и механизмом прижима, и блок управления, при этом взбивающие инструменты закреплены на валу миксера с возможностью изменения между ними расстояния, обеспечения их гидродинамического взаимодействия и размещения в потребительской емкости, верхняя кромка указанной емкости сопряжена с контактной площадкой, выполненной в нижней части колпака, а внешняя сторона ее дна - с возможностью контактирования с механизмом прижима, который обеспечивает создание усилия прижатия за счет использования упругих свойств материала потребительской емкости.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что взбивающие инструменты имеют проходные отверстия для газового компонента.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что контактирующий элемент механизма прижима выполнен в виде фигурного рычага, рабочие положения которого связаны с блоком управления.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что контактирующий элемент механизма прижима обладает упруго-эластичными свойствами.

Описание изобретения к патенту

Настоящее устройство относится к пищевому оборудованию и может быть использовано для приготовления пищевых пенообразных масс, например молочных коктейлей, пенных коктейлей на основе соков, а также муссов, взбитых сливок и др., с различным газовым составом, таким как кислород, азот, воздух и проч., в потребительской таре из упругого материала, например пластикового или бумажного стаканчика.

Известен способ и устройство для получения пен, использующий миксер для взбивания продукта в целевой газовой среде непосредственно в потребительской таре (патент РФ № 2406562, МПК⁷: B01F 3/04). Устройство, воспроизводящее этот процесс, характеризуется достаточным учетом многих факторов ценообразования и позволяет получать продукт высокого качества. Однако это достижение сопровождается неизбежными инженерными сложностями, которые в ряде случаев не оправдывают себя из-за их стоимости. Например, для передачи механической энергии на разные слои взбиваемого объема, а также для удержания формы воронки, проводящей газ, и интенсивного послойного перемешивания рабочий инструмент перемещается в пределах этого объема, но узел кинематики для такого перемещения сложен в изготовлении и имеет дополнительное удорожание, связанное с необходимостью использования для него индивидуального электродвигателя, управляемого микроконтроллером со специальной программой, блока питания, датчиков положения, резиновых гофрированных уплотнительных устройств и др.

Задачей данной разработки является создание такого устройства для получения пищевых пенообразных масс, которое производило бы взбивание продукта в целевой газовой среде непосредственно в таре потребителя, но при этом заменило бы сложные технические решения ближайшего аналога на более простые, что позволило бы удешевить конструкцию в целом, одновременно сохранив высокое качество продукта.

Технический результат - упрощение конструкции устройства.

Раскрытие изобретения

Поставленная задача решается тем, что предлагаемое устройство для получения пищевых пенообразных масс, состоящее из механически прочного остова, жестко связывающего все составные части конструкции, вала миксера с взбивающим инструментом, колпака, обеспечивающего ограничение пространства, заполняемого газовым компонентом над емкостью для взбивания, механизма прижима, обеспечивающего контакт колпака и емкости, блока управления, осуществляющего контроль за работой устройства, имеет взбивающий инструмент, равномерно передающий механическую энергию обрабатываемому продукту на разные уровни не за счет своего перемещения по его объему, а за счет введения нескольких инструментов, плотно посаженных на вал миксера на разных уровнях таким образом, что расстояние между ними обеспечивает их гидродинамическое взаимодействие при работе, создавая тем самым одновременное и равномерное распределение поля механической энергии по всему взбиваемому объему без дополнительных перемещений. Под гидродинамическим взаимодействием в данном случае понимается добавление механической энергии вышележащим инструментом вращающейся взбиваемой массе в той точке ее подъема, где мощность ее потока, создаваемого нижележащим инструментом, начинает угасать. Это позволяет поднять жидкость еще выше, тем самым заставляя ее занять еще больший объем, т.е. распределиться в нем еще более мелкими фракциями, пространство между которыми мгновенно занимает газовый компонент. Предпочтительно использовать в качестве инструментов гладкие диски диаметрами от 8 мм до 42 мм, имеющие возможность изменения расстояния между собой в пределах от 0,5 до 3 диаметров для подстройки гидродинамических параметров под наилучшие для конкретной жидкости. Количество взбивающих инструментов зависит от геометрии емкости для взбивания - ее высоты, диаметра, конусности, свойств жидкого компонента, таких как вязкость, плотность и др., и может составлять от 1 и более инструментов. При использовании нескольких инструментов, с целью облегчения прохождения газового компонента из пространства под колпаком через тела верхних инструментов к нижним, в них могут предусматриваться проходные отверстия, располагаемые ближе к оси вращения, то есть в зоне действия центробежных сил, отбрасывающих жидкий компонент от оси и тем самым образующих вокруг вала миксера воронку или канал, пригодный для прохождения газа к нижним слоям. Колпак имеет на своем теле контактную площадку, например, выполненную в форме углубления, таких размеров, которые позволяют принимать к контакту внешний контур потребительской тары, например верхние кромки одноразовых стаканчиков стандартных типоразмеров, создавая тем самым ориентацию потребительской тары по трем координатам и обеспечивая ей однозначное расположение в пространстве. Колпак аккумулирует целевой газ и имеет для этого два штуцера, один из которых - входной, соединен с помощью трубопровода с источником газа, а второй - выпускной, сообщается с атмосферой. Источником газового компонента может служить заправленный газом баллон, автономное устройство, вырабатывающее газ на месте, например кислородный концентратор или генератор, одноразовый газовый баллончик и др., обеспечивающие поток в пределах от 0,1 л/мин до 8 л/мин. Для рационального использования газа на подающем трубопроводе может устанавливаться электромагнитный клапан, соединенный с блоком управления и выполняющий открытие и закрытие канала в соответствии с управляющими воздействиями, а также датчик малого давления, сигнализирующий о наличии газа в системе. В тех случаях, когда взбиваемому продукту не требуется придания функциональных свойств с помощью определенного газа, например кислорода, азота и др., а нужен только воздух, то источник газа не активизируется, и в этом случае поступление воздуха под колпак осуществляется из атмосферы естественным образом через выпускной штуцер. Если качество окружающего воздуха по каким-либо причинам является неудовлетворительным, то используемый воздух может подвергаться дополнительной обработке по его очистке или приданию дополнительных свойств соответствующими специальными средствами, например ионизатором, фильтрами, бактерицидными лампами и др. Кроме этого колпак осуществляет защитные функции, например от выброса наружу случайных брызг при взбивании и, наоборот, от случайного попадания загрязнений извне во взбиваемый продукт. Тара потребителя, например пластиковый стаканчик, прижимается к колпаку с помощью механизма прижима, который создает силу, действующую снаружи на дно стаканчика для плотного прилегания его верхней кромки к контактной площадке колпака, а также придания ему устойчивого положения в пространстве. Механизм прижима может быть выполнен, например, в виде фигурного рычага, ось вращения которого располагается в пространстве под стаканчиком с таким расчетом, что при установке стаканчика в контактную площадку колпака и переводе фигурного рычага в крайнее, зажимающее положение, он, слегка сдавливая его дно, проходит через зону максимальной деформации на общей оси, т.е. мертвую точку, и занимает положение немного за ее пределом, но остается в зоне упругости зажатого стаканчика, тем самым надежно фиксируя его. Дополняя механизм фигурного рычага в крайних положениях контактными микропереключателями, связанными с блоком управления, можно передавать блоку управляющие сигналы, включающие те или иные исполняемые команды. Например, крайнее фиксирующее положение рычага зажимает стаканчик и через нажатый микропереключатель дает команду на включение процесса приготовления. Противоположное крайнее положение рычага освобождает стаканчик с готовой продукцией от зажима для передачи потребителю и так же имеет микропереключатель, но его контактная кнопка защищена, например, пружиной, предотвращающей случайное нажатие рычага на нее. Когда необходимо включить режим мойки, оператор, воздействуя на рычаг и преодолевая усилие пружины вручную, замыкает контакты микропереключателя, при этом вал миксера приводится от блока управления в кратковременное вращение для того, чтобы можно было в ручном режиме погрузить его в специальную емкость с моющим раствором. Блок управления, помимо управляющих воздействий, способен вести функции учета, например информировать визуально о количестве выполненных циклов с помощью встроенного светового индикатора, а также передавать эти данные по стандартному интерфейсу RS-232 в систему автоматизированного учета. Для работы со стаканчиками из бумаги или из твердых материалов, таких как сталь и пр., прижимающая часть фигурного рычага может быть выполнена в виде вращающегося ролика, покрытого эластичным материалом с таким расчетом, что сила прижатия стаканчика создается за счет упругих свойств этого эластичного материала. Для этих же целей в конструкцию рычага могут быть введены специальные пружины.

Таким образом, с помощью совокупности перечисленных компонентов устройства, таких как остов, вал миксера с одним или несколькими рабочими инструментами, установленных на разных уровнях взбиваемой массы в пределах их зон гидродинамического взаимодействия и имеющих проходные отверстия для подвода газа к нижним слоям по образующемуся каналу воронки, емкости с жидкостью для взбивания, колпака, имеющего контактную площадку для установки в нее верхней кромки емкости и формирования таким образом замкнутого объема над жидкостью с целью аккумуляции в нем газового компонента, источника газа с трубопроводом, подающим газ под колпак, механизма прижима, обеспечивающего плотное прилегание емкости для взбивания к контактной площадке колпака с фиксацией положения емкости в пространстве и блока управления, контролирующего весь процесс, используемых все вместе как единое целое, решается задача, стоящая перед данным изобретением, а именно - значительно упрощается механика процесса, описанного ближайшим аналогом, что приводит к удешевлению конструкции за счет сокращения количества деталей и комплектующих, снижения трудоемкости изготовления и служит причиной к уменьшению стоимости производимого пищевого продукта, сохраняя при этом его высокое качество.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретным примером его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:

фиг.1 изображает общий вид устройства, продольный разрез;

фиг.2 изображает рабочий инструмент с проходными отверстиями, вид сверху;

фиг.3 изображает фигурный рычаг, прижимающий дно стаканчика, вид спереди.

Лучший вариант осуществления изобретения

Устройство для получения пищевых пенообразных масс, согласно изобретению, имеет остов 25, в верхней части которого жестко крепятся мотор 7 и колпак 6, а в нижней части - механизм прижима, которые геометрически взаимосвязаны так, что в своем рабочем состоянии обеспечивают устойчивое зажатие стаканчика 15 в вертикальном положении, источник газа 1, подающий трубопровод 2 с датчиком давления 28 и управляемым клапаном 3, посредством которых газовый компонент через входной элемент 4 (например, щтуцер) попадает в пространство под колпаком 6. В свою очередь, колпак 6, в котором имеются отверстия для подвода газа 13 и для выхода газа 5, а также осевое отверстие 23, через которое от мотора миксера 7 пропускается вал 8 с взбивающими инструментами 9 и 10, в нижней части имеет контактную площадку 11, выполненную в форме углубления. В контактной площадке имеется вертикальный подвижный штифт 12 Т-образной формы, который в своем верхнем положении замыкает контакт микропереключателя 14 в том случае, если стаканчик 15 установлен для работы.

В пространстве под стаканчиком, на остове 25 (на чертеже показан условно и фрагментарно), жестко связывающем верхнюю и нижнюю части всей конструкции устройства, установлен механизм прижима, состоящий из фигурного рычага 17 и нажимной лапки 19, жестко связанных между собой и закрепленных на поворотной оси 18 (фиг.3). Фигурный рычаг прижима имеет три основных положения (фиг.1): I - начальное положение, при котором нажимная лапка 19 опирается на пружину 22, при этом имеется достаточно пространства для введения стаканчика 15 в рабочую зону под колпаком; II - рабочее положение, при котором фигурный рычаг 17, воздействуя на дно, прижимает стаканчик 15 к контактной площадке 11, используя силу упругости материала стаканчика и свое расположение за "мертвой точкой", проходящей через осевую линию. В результате, в положении II рычаг 17 попадает в однозначное фиксирующее положение, так как больше не имеет возможности самостоятельного поворота: с одной стороны его ограничивает "мертвая точка", а с другой - нажимная лапка 19, опирающаяся на микропереключатель 20; III - вспомогательное положение, служащее для кратковременного включения двигателя миксера 7 за счет нажатия лапки 19 на микропереключатель 21 и позволяющее выполнять вспомогательные операции, например, с помощью центробежной силы сбросить с инструмента 9 и 10 остатки взбитой массы в мобильный каплесборник или вручную погрузить вращающийся инструмент в компактную емкость с моющим раствором.

Управление и контроль над работой устройства осуществляется блоком управления 24, который обрабатывает сигналы, поступающие от периферийных датчиков положения, таких как микропереключатели 14, 21, 20 и датчик низкого давления 28, который сигнализирует, что газ в систему подается. Управляющие воздействия на включение/отключение передаются клапану 3 и мотору миксера 7 согласно заложенной в микроконтроллер программе, а контрольная информация о количестве произведенной продукции выводится на встроенный световой индикатор 26 и может передаваться через кабельный вывод в систему автоматизированного учета через разъем 27 с помощью стандартного интерфейса RS-232.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

В источнике газа 1 с помощью регулирующей арматуры устанавливают постоянный газовый поток, предпочтительно в пределах: расход от 0,1 до 8 лмин, давление от 0,01 до 2 атм. По гибкому трубопроводу 2 газ проходит через датчик низкого давления 28, который сигнализирует блоку управления 24 о том, что газ в системе имеется и выполнение последующих программных действий разрешается, и далее доходит до нормально закрытого электромагнитного клапана 3, ожидающего команды на включение от управляющей программы. Оператор с помощью мерной емкости наполняет пластиковый стаканчик 15 взбиваемой жидкостью, вставляет его верхней кромкой в контактную площадку 11 колпака 6, отчего подвижный штифт 12 поднимается и замыкает контакт микропереключателя 14, что сигнализирует блоку управления 24 о наличии в системе емкости для взбивания. Далее оператор переводит фигурный рычаг 17 в положение II, при котором стаканчик 15 плотно прижимается к контактной площадке 11 колпака 6, а нажимная лапка 19 замыкает контакт микропереключателя 20, что сигнализирует блоку управления 24 о том, что емкость для взбивания плотно зафиксирована. Блок управления 24, получив все три сигнала - от микропереключателей 14, 20 и датчика 28, о готовности системы, включает управляющую программу, которая открывает клапан 3 для прохода газа по трубопроводу 2 через входной штуцер 4 в замкнутое пространство, образованное колпаком 6 и стаканчиком 15, где заменяет с помощью продувки имеющийся там воздух на целевой газовый компонент, например кислород, в течение установленного программой времени. После полной замены воздуха на целевую газовую среду, включается мотор миксера 7, который приводит во вращение вал 8 с инструментами 9 и 10 с предпочтительной рабочей скоростью, находящейся в диапазоне от 6000 до 24000 об/мин. Получая за счет трения механическую энергию от вращающихся дискообразных инструментов, жидкость также приходит во вращение и, благодаря возникающему насосному эффекту, поднимается, но на определенную высоту. Чтобы поднять жидкость еще выше и тем самым заставить ее занять еще больший объем, то есть распределиться в пространстве еще более мелкими фракциями, в системе имеется дополнительный инструмент 10, располагаемый в той точке подъема жидкости, где мощность ее потока, создаваемая инструментом 9, начинает угасать. Благодаря этому механическая энергия в потоке распределяется более равномерно и вокруг вала 8 образуется устойчивая воронка, играющая роль канала для подвода целевого газа к нижним слоям взбиваемого объема. Так как диаметр воронки меньше диаметра дискообразного инструмента, то в нем, для прохождения газа вдоль поверхности вала 8, сделаны проходные отверстия 16 (фиг.2). Двигаясь по воронке, а также через проходные отверстия, газ попадает на поверхность быстровращающегося гладкого диска, периферийная часть которого погружена в жидкость, а центральная часть, за счет центробежных сил, свободна от жидкости и контактирует с газовым компонентом. На границе раздела газа и жидкости из-за разности скоростей между вращающимся диском и вращающейся жидкостью, образуются завихрения, формирующие пузырьки газового компонента, увлекаемые центробежными силами от центра к периферии. При движении этих пузырьков вдоль поверхности диска их нижняя часть контактирует с диском, а верхняя - с жидкостью, в результате чего из-за разности скоростей газовый пузырек растягивается, утончается и при достижении критической деформации из него формируется несколько еще более мелких пузырьков, которые и превращают взбиваемый продукт в мелкодисперсную пену. Отработав установленное для взбивания время, блок управления 24 останавливает работу двигателя 7, отключает клапан 3 и изменяет значение цифрового индикатора наработки 26 на единицу, а так же дублирует эту информацию на выход 27 канала RS-232. Оператор в ручном режиме, удерживая стаканчик 15 одной рукой, а другой - переводя рычаг 17 в положение I (фиг.1), извлекает его из контактной площадки 11 и передает готовый продукт потребителю. Для очистки вала 8 и инструментов 9 и 10 от остатков пены, оператор подносит к ним мобильный каплесборник в виде цилиндрической емкости и переводит рычаг 17 в положение III (фиг.1), при котором происходит кратковременное включение двигателя 7 и сброс остатков пены в каплесборник за счет центробежных сил. Таким же образом можно промыть рабочий инструмент, погрузив его в емкость с моющим раствором.