Устройство для охлаждения текучей среды и аппарат для раздачи охлажденной текучей среды, содержащий такое устройство, и способ его стерилизации
Изобретение относится к устройствам для охлаждения текучей среды и к аппаратам для ее раздачи, а также к способам чистки и стерилизации таких аппаратов. Задачей изобретения является повышение эффективности, упрощение обслуживания. Поставленная задача решается в устройстве для охлаждения текучей среды, содержащем первичный теплообменник; вторичный теплообменник; первый трубопровод, по которому циркулирует охлаждаемая текучая среда; теплоноситель для передачи охлаждающей энергии охлаждаемой текучей среде, циркулирующей в первом трубопроводе; причем первичный и вторичный теплообменники расположены по меньшей мере частично один внутри другого, где первичный теплообменник содержит второй трубопровод, который проходит вместе с первым трубопроводом вторичного теплообменника и вокруг него, по меньшей мере, вдоль части длины упомянутого первого трубопровода. Поставленная задача решается в аппарате для раздачи охлажденной текучей среды, дополнительно содержащем источник охлаждаемой текучей среды, подлежащей раздаче, и по меньшей мере один раздаточный кран, при этом аппарат для раздачи содержит устройство для охлаждения текучей среды по любому одному из пп.1-41. Способ стерилизации аппарата для раздачи охлажденной текучей среды включает этапы: слив текучей среды из камеры, содержащей теплоноситель первичного теплообменника, или слив текучей среды из второго трубопровода, содержащего теплоноситель первичного теплообменника; по выбору слив текучей среды из первого трубопровода, содержащего охлаждаемую текучую среду, подлежащую раздаче; стерилизацию первого трубопровода в течение периода времени, достаточного для того, чтобы произвести уничтожение бактерий и стерилизацию. 4 н. и 49 з.п. ф-лы, 4 ил.
Настоящее изобретение относится к устройствам для охлаждения текучей среды и к аппаратам для раздачи охлажденной текучей среды. В частности, настоящее изобретение будет описано и пояснено на примере аппаратов для раздачи охлажденных напитков, например аппаратов для раздачи воды, обычно используемых для раздачи охлажденной питьевой воды или других охлажденных напитков.
Устройства для охлаждения текучей среды, приспособленные к использованию в аппаратах для раздачи охлажденной текучей среды, в общем, известны из ранее опубликованных заявок заявителя: ЕР 1129024 и US 6442960. Такие устройства обычно содержат: первичный теплообменник и вторичный теплообменник, где теплоноситель охлаждают в первичном теплообменнике. Такие устройства содержат также трубопровод для протекания текучей среды, по которому циркулирует текучая среда, подлежащая раздаче после охлаждения. Такое охлаждение производят путем введения трубопровода, в котором находится подлежащая раздаче текучая среда, в прямой или косвенный контакт с теплоносителем, ранее охлажденным в первичном теплообменнике.
Один из недостатков известных устройств заключается в том, что системы первичного и вторичного теплообменников должны быть очень объемными, чтобы они обладали способностью охлаждать жидкость в желаемых пределах. Это ограничивает их применение в аппаратах для раздачи охлажденной текучей среды, которые, в свою очередь, получаются очень объемными и дорогостоящими в эксплуатации, чистке или стерилизации и техническом обслуживании, и их простои во время чистки или стерилизации относительно продолжительны.
Следовательно, для устранения вышеуказанных недостатков задачами заявленного изобретения является создание устройств для охлаждения текучей среды с уменьшенным объемом таких устройств при сохранении той же или эквивалентной эффективности охлаждения, а также упрощение технического обслуживания, т.е. способов чистки или стерилизации, устройства и соответственно аппарата для раздачи, в котором вмонтированы такие устройства.
Это открывает пути для применения таких устройств для охлаждения текучей среды и аппаратов для раздачи в других областях, где их раньше не использовали или их применение было экономически нецелесообразно, например, для раздачи охлажденных текучих сред в газовой фазе, а также для обеспечения возможности транспортировки таких охлажденных текучих сред по стерилизованному контуру, например, в персональных или домашних аппаратах для подачи кислорода для вспомогательного дыхания.
Для решения вышеуказанных задач создано устройство для охлаждения текучей среды, предназначенное, например, для раздачи, или распределения, охлажденной текучей среды, содержащее: первичный теплообменник; вторичный теплообменник; первый трубопровод, по которому циркулирует охлаждаемая текучая среда, и теплоноситель для передачи охлаждающей энергии охлаждаемой текучей среде, циркулирующей в первом трубопроводе; где первичный и вторичный теплообменники размещены, по меньшей мере частично, один внутри другого.
Также создан аппарат для раздачи охлажденной текучей среды, содержащий устройство для охлаждения текучей среды, описанное выше.
Еще одним объектом изобретения является способ стерилизации устройства для охлаждения текучей среды и аппарата для раздачи охлажденной текучей среды.
Более конкретно, благодаря настоящему изобретению удалось сократить объемы циркулирующего теплоносителя, а также предпочтительно объем образующегося теплоносителя в твердой фазе. Это позволяет сократить общие габариты устройства для охлаждения текучей среды и соответственно габариты аппарата для распределения охлажденной текучей среды, в котором оно вмонтировано. Следует отметить, что устройство для охлаждения текучей среды согласно настоящему изобретению не должно обязательно содержать первичный источник тепла в первичном теплообменнике, как это было описано в предшествующей заявке заявителя. Кроме того, процесс теплообмена существенно усовершенствован посредством устройства, предложенного в настоящем изобретении.
Следовательно, одним преимуществом настоящего изобретения является то, что устройство для охлаждения текучей среды может быть вмонтировано в любой аппарат для раздачи охлажденной текучей среды, например в аппарат для раздачи питьевой воды.
Кроме того, устройство для охлаждения текучей среды не обязательно должно содержать сливной насос в тех случаях, когда не требуется стерилизация устройства для охлаждения текучей среды или аппарата для раздачи охлажденной текучей среды. Насос может быть включен в состав устройства в том случае, если желательна стерилизация контура, содержащего первый трубопровод, например, в аппарате для раздачи питьевой воды или для распределения кислорода в устройствах для вспомогательного дыхания.
В более предпочтительном варианте исполнения изобретения первый теплообменник расположен по меньшей мере частично, а более предпочтительно по существу внутри вторичного теплообменника. Под словами «частично внутри» или «по существу внутри» здесь понимают то, что по меньшей мере часть, а предпочтительно большая часть первичного теплообменника в пространственном отношении расположена внутри вторичного теплообменника. Это обеспечивает возможность создания очень компактного устройства для охлаждения текучей среды согласно изобретению и уменьшения объемов теплоносителя, который циркулирует по контуру для достижения желаемого эффекта охлаждения.
В одном предпочтительном варианте исполнения настоящего изобретения первичный теплообменник содержит камеру. Камеру обычно изготавливают из пластика или металла, чтобы она не деформировалась или не теряла форму под воздействием рабочих температур или давлений, в частности под воздействием создаваемых низких температур, и она может быть в общем цилиндрической формы, хотя специалистами в данной области могут быть легко предложены и другие формы, которые все же будут соответствовать ее функциям. Камере придают такие размеры, чтобы в ней можно было расположить змеевик, служащий обеспечению теплообмена с теплоносителем для охлаждения в камере первичного теплообменника. Следует иметь ввиду, что вместо змеевика могут быть использованы и другие средства достижения охлаждающего эффекта, например, использование пальца и электротермического эффекта Пельтье, или эквивалентных средств. Предпочтительно, чтобы первичный теплообменник содержал также термостат, посредством которого можно регулировать температуру теплоносителя, таким образом контролируя объем твердой фазы теплоносителя, образующегося в камере. В настоящей заявке и в формуле изобретения используются взаимозаменяемые термины «агент для переноса тепла» и «агент для обмена теплом», смысл которых определен ниже. Под терминами «агент для переноса тепла» или «агент для обмена теплом» понимают агент, посредством которого можно эффективно передавать его тепловую энергию текучей среде, которую надлежит охлаждать и раздавать, предпочтительно без необходимости важного начального сообщения энергии. Предпочтительными теплоносителями являются такие, которые поддаются переводу из жидкой фазы в твердую фазу и обратно. Вода в данном случае является предпочтительным теплоносителем, так как лед, образуемый посредством змеевика при контакте воды со змеевиком в камере, стремится только к медленному таянию, таким образом высвобождая охлаждающую энергию с течением времени, и только требует минимального подвода энергии на старте. Кроме того, использование воды в качестве теплоносителя позволяет, при циркуляции по контуру суспензии из льда и воды, обеспечивать большую эффективность передачи энергии, если потребность в этом возрастает. Конечно, можно также использовать и другие хорошо известные теплоносители, например, галоидоуглероды, такие как фторхлоруглероды или гидрогалоидоуглероды; растворы или дисперсии, которые вовлекают в эндотермические реакции путем добавления или извлечения воды или другого растворителя; газообразные теплоносители, например, аммиак, или любой теплоноситель, который вовлекают в эндотермические реакции; и подобные вещества, вызывающие отдачу тепла жидкостью, которую надлежит охлаждать. Другими подходящими теплоносителями являются моноэтиленгликоль, монопропиленгликоль и антикоррозионные агенты, содержащие соленую воду.
В предпочтительном варианте исполнения теплоноситель циркулирует в камере первичного теплообменника и между/и вокруг змеевика, установленного для того, чтобы отнимать тепло от теплоносителя, где в качестве теплоносителя используют воду, вызывая переход жидкости частично в твердую фазу и превращение в лед. Такая система обычно известна как «аккумулятор льда». Объем льда регулируют с помощью термостата, который соответствующим образом расположен внутри камеры, например, внутри периферии, ограниченной змеевиком, или в альтернативном варианте исполнения термостат может быть размещен в камере в другом месте, в зависимости от степени точности, требуемой для регулирования объема теплоносителя, переходящего в твердую фазу.
В предпочтительном варианте исполнения настоящего изобретения вторичный теплообменник также содержит камеру. Эта камера по существу охватывает камеру первичного теплообменника таким образом, чтобы последний был по существу расположен внутри камеры вторичного теплообменника. Следует иметь ввиду, что камера вторичного теплообменника обычно приспособлена по форме и размерам для размещения в ней камеры первичного теплообменника и, следовательно, наиболее предпочтительно обычно имеет цилиндрическую форму, но большего диаметра, чем диаметр камеры первичного теплообменника.
Предпочтительно, чтобы камера первичного теплообменника имела выпуск для теплоносителя, сообщенный с камерой вторичного теплообменника. Даже более предпочтительно, чтобы выпуск камеры первичного теплообменника располагался в стенке упомянутой камеры, контактирующей с камерой вторичного теплообменника. Наиболее предпочтительно, чтобы выпуск располагался в торцевой стенке камеры цилиндрической формы. Таким образом, теплоноситель может циркулировать из первичного теплообменника во вторичный теплообменник через выпуск в торцевой стенке камеры первичного теплообменника.
Согласно конкретному предпочтительному варианту исполнения настоящего изобретения первый трубопровод, по которому проходит текучая среда, которую надлежит охлаждать, расположен внутри камеры вторичного теплообменника. Более предпочтительно, чтобы первый трубопровод, по которому проходит текучая среда, которую надлежит охлаждать, расположен в виде змеевика внутри камеры и вокруг периферической ее стенки так, чтобы в действительности он был проложен между наружной периферической стенкой камеры первичного теплообменника и внутренней периферической стенкой камеры вторичного теплообменника, чтобы было достаточно пространства между двумя камерами для первого трубопровода и для теплоносителя, который должен здесь циркулировать.
Предпочтительно, чтобы охлажденный теплоноситель, выходящий через выпуск в камеру вторичного теплообменника, поступал в упомянутую камеру у одного края камеры, поверх периферической поверхности первого трубопровода, а выходил из упомянутой камеры через выпуск, расположенный в стенке упомянутой камеры у другого края камеры вторичного теплообменника. Объем теплоносителя в камере первичного теплообменника таков, что при переходе из жидкой фазы в твердую фазу или из газообразной фазы в твердую фазу остальной объем незатвердевшего, но охлажденного теплоносителя перемещается из камеры первичного теплообменника в камеру вторичного теплообменника. Перемещаемый охлажденный жидкий или газообразный теплоноситель затем течет поверх первого трубопровода, как это описано выше, и, когда он контактируют с первым трубопроводом, по которому транспортируют текучую среду, которую надлежит охлаждать, нагревается и выталкивается через выпуск, выполненный у другого края камеры, во вторичный теплообменник. Таким образом текучая среда, находящаяся или циркулирующая в первом трубопроводе, охлаждается.
Предпочтительно, чтобы устройство для охлаждения текучей среды также содержало резервуар для теплоносителя, расположенный рядом с камерой вторичного теплообменника. Более предпочтительно, чтобы резервуар был расположен выше камеры вторичного теплообменника или над ней. Резервуар для теплоносителя может быть по выбору оснащен пробкой, содержащей мембрану, позволяющую сбрасывать (из устройства) избыточное давление, возникающее в результате перехода текучей среды в твердое состояние или газа в твердое состояние. Резервуар может также быть по выбору соединен со сливным насосом, с помощью которого можно сливать теплоноситель из одной или большего числа камер для стерилизации первого трубопровода. В таком случае резервуар соединяют с выпуском камеры вторичного теплообменника через насос.
Кроме того, предпочтительно вводить в состав устройства второй насос для способствования циркуляции теплоносителя из одной камеры в другую, который предпочтительно располагают у или вблизи выпуска для теплоносителя в камере вторичного теплообменника. Этот насос работает в то время, когда текучая среда циркулирует в камерах, и он может быть остановлен, если это желательно, до слива текучей среде из устройства для охлаждения текучей среды. Первый насос и второй насос предпочтительно присоединяют к выпуску, выполненному в стенке камеры вторичного теплообменника. Таким образом, резервуар также присоединен к камере вторичного теплообменника через первый насос.
В альтернативном предпочтительном варианте исполнения первичный теплообменник расположен по меньшей мере частично, а более предпочтительно, по существу вокруг вторичного теплообменника. В этом варианте исполнения первичный теплообменник содержит второй трубопровод, который проходит вместе с первым трубопроводом вторичного теплообменника и вокруг него, например, на длине упомянутого первого трубопровода. По второму трубопроводу транспортируют теплоноситель, начиная от первичного теплообменника. Предпочтительно, чтобы второй трубопровод первичного теплообменника был расположен вокруг и вдоль длины первого трубопровода вторичного теплообменника таким образом, чтобы существенная доля охлаждающей энергии передавалась от теплоносителя к охлаждаемой текучей среде, которая циркулирует в трубопроводе. Наиболее предпочтительно, чтобы второй трубопровод первичного теплообменника проходил соосно вдоль по существу всей длины первого трубопровода вторичного теплообменника.
В альтернативном предпочтительном варианте исполнения второй трубопровод первичного теплообменника навит вокруг периферии первого трубопровода вторичного теплообменника.
В еще одном альтернативном предпочтительном варианте исполнения второй трубопровод расположен вокруг первого трубопровода в виде одной или более секций так, чтобы теплопередача происходила от второго трубопровода к первому трубопроводу в одной или большем числе несмежных областей или зон вдоль длины первого трубопровода таким образом, чтобы этого было достаточно для обеспечения желаемого охлаждения текучей среды внутри первого трубопровода.
В альтернативном предпочтительном варианте исполнения первичный теплообменник содержит отдельные змеевик и камеру для передачи охлаждающей энергии теплоносителю, находящемуся на расстоянии от второго трубопровода. Другими словами, первичный теплообменник содержит отдельный узел передачи энергии для охлаждения теплоносителя, находящегося на расстоянии от второго трубопровода вторичного теплообменника. В таком случае первичный теплообменник также содержит термостат для регулирования температуры теплоносителя и, следовательно, текучей среды, которую надлежит охлаждать. Как определено в настоящей заявке и в формуле изобретения, под термином «термостат» здесь понимают электронные или электромеханические датчики или детекторы температуры или, например, биметаллические пластины. Более предпочтительно, чтобы первичный теплообменник также содержал насос, соединенный с камерой первичного теплообменника. С помощью насоса облегчается процесс подачи теплоносителя во вторичный теплообменник. Камера первичного теплообменника может быть соединена со вторым трубопроводом первичного теплообменника посредством выпуска, идущего от упомянутой камеры ко второму трубопроводу. Подачу теплоносителя во второй трубопровод можно по выбору также вести противотоком по отношению к потоку текучей среды, которую надлежит охлаждать, циркулирующую в первом трубопроводе.
Может быть желательной, как сказано выше, возможность стерилизации устройства для охлаждения текучей среды. Для этого по выбору предпочтительно, чтобы первичный теплообменник содержал также резервуар, или емкость, для восстановления теплоносителя. Предпочтительно, чтобы резервуар для восстановления теплоносителя был присоединен к насосу. Еще более предпочтительно, чтобы второй трубопровод был также соединен с резервуаром для восстановления теплоносителя с образованием контура. По выбору устройство для охлаждения текучей среды может также содержать переключатель, соединенный со вторым трубопроводом для выполнения восстановления теплоносителя в резервуаре для восстановления.
Как было упомянуто выше, предложено устройство для охлаждения текучей среды. В настоящем описании и в формуле изобретения под термином «текучая среда» понимаются как жидкости, так и газы. В конкретном предпочтительном варианте исполнения текучая среда, которую надлежит охлаждать и раздавать, является жидкостью и включает безалкогольные напитки, например: фруктовые соки, воду, питьевую воду; алкогольные напитки, например: пиво, вино и спиртные напитки. В альтернативном предпочтительном варианте исполнения текучей средой, которую надлежит охлаждать и раздавать, является газ и включает: воздух, кислород, азот, гелий, водород, закись азота. Могут быть также предусмотрены и другие текучие среды, например биологические текучие среды, например: кровь, плазма, солевые растворы, питательные растворы, фармацевтические препараты в форме текучей среды и т.п.
По выбору, но предпочтительно, может быть желательной возможность чистки или стерилизации устройства для охлаждения текучей среды. В соответствии с этим в одном предпочтительном варианте исполнения устройства для охлаждения текучей среды первый трубопровод периодически стерилизуется.
Другой задачей изобретения, как было вкратце упомянуто выше, является создание аппарата для раздачи охлажденной текучей среды (раздатчика), содержащего источник текучей среды, которую надлежит охлаждать и раздавать, и по меньшей мере один раздаточный кран, где аппарат для раздачи содержит устройство для охлаждения текучей среды, согласно данному выше определению. В частности, аппарат для раздачи охлажденной текучей среды предпочтительно дополнительно содержит другой раздаточный кран, соединенный с источником текучей среды независимо от упомянутого устройства для охлаждения текучей среды. Таким вторым раздаточным краном обычно раздают текучую среду, которую не охлаждали, т.е. его соединяют непосредственно с источником текучей среды. Это может быть применимо, например, в аппаратах для раздачи текучей среды, например раздачи воды, где потребителю может быть предложен выбор получения охлажденной питьевой воды через один раздаточный кран и воды при комнатной температуре или нагретой воды через другой раздаточный кран. Предпочтительно, чтобы источник текучей среды, которую надлежит охлаждать и раздавать, был съемным, а более предпочтительна была бы возможность выбора из группы, включающей бутыль, канистру или емкость, находящуюся или не находящуюся под внутренним давлением.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание способа стерилизации устройства для охлаждения текучей среды или аппарата для раздачи охлажденной текучей среды, включающего следующие этапы:
- слив текучей среды из камеры, содержащей теплоноситель, первичного теплообменника;
- по выбору слив текучей среды из первого трубопровода, содержащего текучую среду, которую надлежит охлаждать и раздавать;
- стерилизацию первого трубопровода в течение периода времени, достаточного для того, чтобы произвести уничтожение бактерий и стерилизацию.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание способа стерилизации устройства для охлаждения текучей среды или аппарата для раздачи охлажденной текучей среды, включающего следующие этапы:
- слив текучей среды из второго трубопровода, содержащего теплоноситель, первичного теплообменника;
- по выбору слив текучей среды из первого трубопровода, содержащего текучую среду, которую надлежит охлаждать и раздавать;
- стерилизацию первого трубопровода в течение периода времени, достаточного для того, чтобы произвести уничтожение бактерий и стерилизацию.
Предпочтительно этап стерилизации в таких способах содержит промывание первого трубопровода стерилизующим агентом, более предпочтительно раствором сульфаминовой кислоты.
В наиболее предпочтительном варианте исполнения, однако, этап стерилизации включает нагрев первого трубопровода до температуры, которую поддерживают в течение периода времени, достаточного для того, чтобы произвести уничтожение бактерий и стерилизацию. Этого можно достигнуть путем приложения электрического тока по существу к каждому концу упомянутого первого трубопровода. В этом предпочтительном этапе стерилизации нагрев вызывает достижение температуры стерилизации для любого количества оставшейся текучей среды в первом трубопроводе и прохождение вдоль упомянутого трубопровода, таким образом вызывая стерилизацию трубопровода. Предпочтительно, чтобы раздаточные краны в аппарате для раздачи охлажденной текучей среды также подвергались стерилизации. В другом опционном и тоже предпочтительном этапе перфоратор источника текучей среды, присоединяемый к источнику текучей среды, которую надлежит охлаждать и раздавать, также стерилизуется. Обычно аппараты для раздачи охлажденной текучей среды, например, аппараты для раздачи питьевой воды, содержат съемную бутыль или емкость в качестве источника текучей среды с укупоренной крышкой, которую прокалывают или перфорируют с помощью перфоратора при установке источника текучей среды в аппарате для раздачи. Перфоратор обычно присоединен по меньшей мере к первому трубопроводу и по выбору также ко второму раздаточному крану и содержит клапан, с помощью которого обеспечивается возможность прохода воздуха в емкость или бутыль источника текучей среды, таким образом обеспечивая возможность извлечения текучей среды из емкости или бутыли и подачи ее в устройство охлаждения текучей среды или во второй раздаточный кран.
Изобретение далее описано более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, которыми просто проиллюстрировано два предпочтительных примера устройства для охлаждения текучей среды согласно настоящему изобретению.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 представлен схематически предпочтительный вариант исполнения устройства для охлаждения текучей среды согласно настоящему изобретению в разрезе, включая средства для работы системы стерилизации;
на Фиг.2 - то же устройство для охлаждения текучей среды, представленное на Фиг.1, за исключением того, что средства для стерилизации не показаны;
на Фиг.3 - вид в перспективе справа альтернативного предпочтительного варианта исполнения устройства для охлаждения текучей среды согласно настоящему изобретению;
на Фиг.4 - вид в перспективе слева того же альтернативного варианта исполнения устройства для охлаждения текучей среды, представленного на Фиг.3.
Подробное описание изобретения
Пример 1
Устройство для охлаждения текучей среды, обозначенное в общем позицией 1, представляет собой машину с ледяным аккумулятором холода. Устройство 1 содержит первичный теплообменник, обозначенный в общем позицией 2, и вторичный теплообменник, обозначенный в общем позицией 3. Первичный и вторичный теплообменники 2, 3 содержат (каждый) камеру 4, 5 соответственно. Камеры 4, 5 изготовлены из пластика. Камера 4 первичного теплообменника 2 содержит испаритель или змеевик 6, который соединен со стандартной рефрижераторной установкой (не показана), расположенной вне первичного 2 и вторичного 3 теплообменников. Как показано на Фиг.1 и 2, камера 4 частично размещена внутри камеры 5. Камеры 4 и 5 предпочтительно имеют в общем цилиндрическую форму. Первичный теплообменник 2 также содержит термостат 7, как было сказано выше, предназначенный для регулирования температуры теплоносителя 8, в данном случае воды, содержащейся в камере 4. В камере 4 лед, используемый в качестве теплопередающего агента 8 (твердая фаза), получают посредством испарителя или змеевика 6. Объем льда 8 регулируют с помощью термостата 7, расположенного в камере вблизи испарителя или змеевика 6.
Во вторичном теплообменнике 3 в камере 5 расположен первый трубопровод 9 в форме змеевика из нержавеющей стали, в который подается текучая среда 10, которую надлежит охлаждать, в данном случае питьевая вода, из бутыли (не показана) и к раздаточному крану (не показан). В альтернативном варианте исполнения текучую среду, которую надлежит охлаждать, можно получать путем прямого присоединения устройства для охлаждения текучей среды к сети подачи текучей среды, например к крану сети питьевой воды. Любое повышение температуры питьевой воды 10 внутри первого трубопровода 9 определяют с помощью второго термостата 11, расположенного во второй камере 5 рядом с трубопроводом 9. Насос 12 включается посредством этого второго термостата 11, и теплый теплоноситель 8, в данном случае вода, отсасывается из второй камеры 5 через выпуск 24 и нагнетается в первую камеру 4. Этот теплый теплоноситель 8 заменяют холодным теплоносителем из первой камеры 4 через выпуск 16. Теплоноситель 8 отклоняют с помощью отклоняющей пластины 13 при его поступлении в первую камеру 4 для обеспечения возможности контакта теплоносителя 8, поступающего из второй камеры 5, с теплоносителем, находящимся в твердой фазе, т.е. ледяным аккумулятором, для поддержания температуры теплоносителя 8 во второй камере 5 на достаточно низком уровне. Температуру текучей среды 10, которую надлежит охлаждать, в данном случае воды, внутри первого трубопровода 9 таким образом снижают до требуемого уровня. Как показано на Фиг.1 и 2, большая часть первого трубопровода 9 погружена в охлаждающий теплоноситель 8 во второй камере 5 вторичного теплообменника 3.
Один из наиболее эффективных способов очистки устройства для охлаждения текучей среды заключается в нагреве всего трубопровода, используемого для прохождения питьевой воды. Этот способ также является благоприятным для окружающей среды, так как он не использует какие-либо химические препараты.
В способе согласно настоящему изобретению электрический ток используют для нагрева всей системы трубопроводов из нержавеющей стали, в которой содержат текучую среду, которую надлежит охлаждать. Способ включает использование электрического сопротивления (не показано), которое присоединено к электрическому трансформатору (не показан). Ток большой силы, например 80 А, при низком напряжении, например 7,1 В, проходит через вторичный контур трансформатора и сопротивление. Сопротивление нагревается током, проходящим через него. Понятно, что специалист в данной области может выбрать напряжение и силу тока так, чтобы они соответствовали материалам, используемым в контуре охлаждающей текучей среды, и доступной площади поверхности. Температуру определяют продолжительностью периода времени, в течение которого ток пропускают через сопротивление. Чем больше продолжительность периода времени, тем выше температура. В настоящем способе электрическое сопротивление состоит из сопротивления трубы из нержавеющей стали, представляющей первый трубопровод 9, по выбору - перфоратор 14 и часть воздушного контура, содержащего воздушный фильтр 15, т.е. систему питьевой воды. По выбору краны могут также составлять часть контура. Все эти части соединены между собой сваркой или пайкой для обеспечения хорошей и непрерывной электрической проводимости. Размеры этих частей подбирают так, чтобы получить необходимое электрическое сопротивление. Устройство для охлаждения текучей среды подсоединено к электрическому трансформатору, расположенному вне первичного 2 и вторичного 3 теплообменников, медными проводами или другими подходящими материалами, которыми соединяют две пластины, приваренные к устройству для охлаждения текучей среды. Первое соединение производят с трубой 15, через которое обеспечивают проход воздуха в устройство, а второе - с первым трубопроводом 9 как раз перед краном. Обеспечивают также шунтирующие соединения в различных точках контура, чтобы замкнуть электрическую цепь и получить максимальный эффект нагрева. Мощность трансформатора может, например, составлять 400 Вт, но ее следует отрегулировать в соответствии с используемыми материалами, обычно в пределах 200-500 Вт.
Для проведения стерилизации с использованием описанного аппарата устройство 1 для охлаждения текучей среды также оснащают вторым насосом 17, резервуаром 18 для восстановления или хранения теплоносителя, трубопроводом 19, которым соединяют второй насос 17 с резервуаром 18 для хранения, и выпуском 21 для сообщения насоса с камерой 5 посредством выпуска 24. Резервуар для хранения также содержит пробку 20, содержащую фильтр-клапан для сброса избыточного давления, возникающего в устройстве в результате образования твердой фазы теплоносителя 8 в камере 4. Перед началом стерилизации насос 12 по выбору останавливают, а насос 17 включают для отсоса теплоносителя 8 из камеры 5 через выпуски 24 и 21 по трубе 19 в резервуар 18 для хранения. После удаления теплоносителя 8 из камеры 4 удаляют источник текучей среды, а всю текучую среду, которую надлежит охлаждать, оставшуюся в первом трубопроводе 9, удаляют либо из устройства по трубе 23, которая ведет к раздаточному крану (не показан), если имеется насос для воздуха, или также путем нагрева контура. Если имеется насос для воздуха, назначением которого является уменьшение периода времени, затрачиваемого на стерилизацию, то может быть подан электрический ток, как было описано выше, что ведет к нагреву первого трубопровода 9 и, в свою очередь, к нагреву любых капель текучей среды, оставшейся в первом трубопроводе 9, вызывая образование пара или очень горячего воздуха. Температура этого газа или пара достаточна для стерилизации контура и уничтожения любой бактериологической инфекции. После стерилизации в устройство для охлаждения текучей среды вставляют новый источник текучей среды, второй насос 17 останавливают, а теплоноситель 8 выпускают вниз под действием собственного веса из резервуара 18 для хранения по трубе 19 через насос и выпуски 21 и 24 в камеру 5. После возвращения теплоносителя 8 обратно в камеру 5, насос 12 может быть вновь включен (его ранее отключали) и устройство для охлаждения текучей среды может быть снова пущено в работу. Наличие второго насоса 17, резервуара 18 для хранения, соединительной трубы и выпусков 24 и 21 способствует тому, что сокращаются простои, так как благодаря им ускоряют слив и повторное заполнение камеры 5.
Единственное отличие варианта исполнения, представленного на Фиг.2, от варианта исполнения, представленного на Фиг.1, заключается в том, что вариант исполнения, представленный на Фиг.2, не содержит второго насоса 17, резервуара 18 для хранения или соединительной трубы. Устройство для охлаждения текучей среды должно, однако, иметь выпуски 24 и 21, закрытые пробкой 25, используя которые, осуществляют слив и повторное заполнение камеры 5 вручную, которую требуется повторно заполнять вручную после проведения каждой операции по стерилизации.
Пример 2
Устройство для охлаждения текучей среды, представленное на Фиг.3 и 4 и обозначенное в общем позицией 101, содержит первичный теплообменник, обозначенный в общем позицией 102, вторичный теплообменник, обозначенный в общем позицией 103, и резервуар 118, служащий в качестве резервуара или емкости для хранения для залива насоса 112 через трубу 127 теплоносителем 108, и в качестве восстановительного узла для этого же теплоносителя 108.
Первичный теплообменник 102, в котором происходит охлаждение теплоносителя, содержит резервуар или камеру 104, содержащую теплоноситель 108, который может быть либо в виде текучей среды, либо в твердой фазе вокруг змеевика (не показан) или пальца, либо другого эквивалентного средства, известного специалистам в данной области, но по существу так же, как это было описано относительно предпочтительного варианта исполнения, проиллюстрированного на Фиг.1 и 2. Змеевик в данном случае изготавливают из подходящего материала, применение которого позволяет обеспечить эффективную передачу энергии от змеевика к первичному теплоносителю, а предпочтительно его изготавливают из металла, например из меди, так, чтобы теплоноситель 108 мог переходить из фазы текучей среды в твердую фазу и обратно. Объем твердой фазы теплоносителя 108 в камере 104 первичного теплообменника регулируют с помощью термостата или эквивалентных средств, хорошо известных специалистам в данной области, и так, как описано со ссылками на Фиг.1 и 2. Термостат, таким образом, является инструментом, посредством которого осуществляется пуск и останов процесса охлаждения.
Вторичный теплообменник 103 содержит первый трубопровод 109, внутри которого циркулирует текучая среда, которую надлежит раздавать, например напиток, такой как питьевая вода. Второй трубопровод 126 большего диаметра, чем первый трубопровод 109, проходит вместе с первым трубопроводом 109 и вокруг него, по меньшей мере вдоль части длины первого трубопровода 109. Во втором трубопроводе 126 содержится теплоноситель 108, начиная от первичного теплообменника 102. Второй трубопровод 126 расположен вокруг трубопровода вдоль его длины таким образом, что достаточное количество охлаждающей энергии передавалось от теплоносителя 108 охлаждаемой текучей среды, которая циркулирует в трубопроводе 109. Второй трубопровод 126 проходит соосно вдоль по существу всей длины первого трубопровода 109. Как показано на Фиг.3 и 4, два трубопровода 109, 126 образуют общую спиральную конфигурацию змеевика 131.
Два теплообменника 102, 103 объединены в контур посредством резервуара 118, служащего в качестве резервного резервуара и резервуара для залива насоса, при этом с помощью насоса 112 осуществляют циркуляцию теплоносителя 108 между первичным теплообменником 102 и вторичным теплообменником 103.
Температуру вторичного теплообменника косвенно регулируют с помощью термостата, находящегося в первом теплообменнике 102, или с помощью эквивалентных средств, которыми регулируют работу насоса 112. Предпочтительно, термостат установлен так, чтобы посредством его включался насос 112, как только текучая среда начинает выливаться из любого раздаточного крана 128, 129. Регулирование с помощью термостата действия вторичного теплообменника 103 используют также для поддержания предварительно заданной температуры текучей среды, которую надлежит раздавать.
Агент 108 для переноса тепла (теплоноситель), или агент для передачи тепла (теплоноситель), может быть также удержан в резервуаре 118 для опционной чистки аппарата. Во время чистки или стерилизации первого трубопровода 109, содержащего текучую среду, которую надлежит раздавать, производят слив агента 108 для переноса тепла (теплоносителя), который может быть выполнен путем открывания электромеханического клапана 130, включаемого с помощью переключателя, или подобного приспособления. Посредством электромеханического клапана 130 устанавливают высшую точку в первом трубопроводе 109 при том же давлении, которое создано в резервуаре 118, и теплоноситель 108 затем стекает в резервуар 118 по трубе 131, а после стерилизации может быть переведен насосом в теплообменник 102 по трубам 132 и 133. В этот момент насос 112 выключают. Стерилизацию можно выполнить несколькими способами. Один такой способ выполняют по выбору путем удаления источника текучей среды, которую надлежит охлаждать и раздавать, открывания раздаточных кранов 128, 129 и промывания первого трубопровода стерилизующим раствором, например раствором сульфаминовой кислоты. При выполнении этого процесса также удаляют накипь. В конкретном предпочтительном варианте исполнения, однако, текучую среду из второго трубопровода 126 сливают в резервуар 118, как это описано выше, а затем также может быть по выбору слита текучая среда из первого трубопровода 109, например, путем открывания раздаточных кранов 128, 129, оставляя только следы текучей среды, которую надлежит раздавать. Первый трубопровод 109 может быть затем простерилизован путем подачи электрического тока, как это было описано со ссылками на вариант исполнения, проиллюстрированный на Фиг.1 и описанный в Примере 1. Этот электрический ток, которым нагревают материал, из которого изготовлен трубопровод, вызывает нагрев следов текучей среды или любого количества текучей среды, еще оставшееся в первом трубопроводе, и посредством попеременного блокирования и включения в работу впуска трубопровода, например, с помощью чашки, и раздаточных кранов 128, 129, в соответствующие моменты можно заставить образующийся горячий пар идти вниз по контуру от впуска к раздаточным кранам 128, 129, таким образом стерилизуя трубопровод 129. Полную стерилизацию трубопровода 109 можно достичь путем прохождения электрического тока в течение достаточного периода времени для нагрева следов текучей среды до температуры, достаточной для уничтожения существенного количества бактерий, присутствующих в трубопроводе 109, и доведения до уровня, который удовлетворяет любые необходимые требования гигиены. Вообще, полная стерилизация может быть достигнута путем нагрева устройства, как было описано выше, в течение приблизительно 2-10 мин, а по выбору и большего периода времени.
После завершения стерилизации теплоноситель 108 может быть снова залит в первичный и вторичный теплообменники 102 и 103 посредством закрывания электромеханического клапана 130 и повторного включения насоса 118.
Альтернативный вариант исполнения этого способа может быть получен не путем введения резервуара, а только неполным заполнением первичного теплообменника 102 теплоносителем 108. Когда желательно провести стерилизацию трубопровода 109, из вторичного теплообменника 103 удаляют теплоноситель 108 выключением насоса, в результате чего теплоноситель 108 вытекает под действием собственного веса в первичный теплообменник 102. Таким образом, когда насос 112 выключают посредством термостата, оставшийся теплоноситель 108 во втором трубопроводе 127 автоматически сливается под действием собственного веса, после чего можно проводить стерилизацию трубопровода 109, как это было описано выше. В это время можно использовать первый трубопровод 109 для подачи и распределения текучей среды при комнатной температуре, если это желательно.
1. Устройство для охлаждения текучей среды для раздачи или распределения охлажденной текучей среды, содержащее первичный теплообменник; вторичный теплообменник; первый трубопровод, по которому циркулирует охлаждаемая текучая среда; теплоноситель для передачи охлаждающей энергии охлаждаемой текучей среде, циркулирующий в первом трубопроводе; причем первичный и вторичный теплообменники расположены по меньшей мере частично один внутри другого, где первичный теплообменник содержит второй трубопровод, который проходит вместе с первым трубопроводом вторичного теплообменника и вокруг него по меньшей мере вдоль части длины упомянутого первого трубопровода.
2. Устройство по п.1, в котором первичный и вторичный теплообменники расположены, по существу, один внутри другого.
3. Устройство по п.1, в котором первичный теплообменник расположен по меньшей мере частично внутри вторичного теплообменника.
4. Устройство по п.1, в котором первичный теплообменник, по существу, расположен внутри вторичного теплообменника.
5. Устройство по п.1, в котором первичный теплообменник расположен по меньшей мере частично вокруг вторичного теплообменника.
6. Устройство по п.1, в котором первичный теплообменник расположен, по существу, вокруг вторичного теплообменника.
7. Устройство по п.1, в котором первичный теплообменник содержит камеру.
8. Устройство по п.1, в котором вторичный теплообменник содержит камеру.
9. Устройство по п.1, в котором камера первичного теплообменника расположена, по существу, внутри камеры вторичного теплообменника.
10. Устройство по п.9, в котором камера первичного теплообменника содержит выпуск для теплоносителя, который сообщен с камерой вторичного теплообменника.
11. Устройство по п.10, в котором выпуск камеры первичного теплообменника расположен в стенке упомянутой камеры, которая контактирует с камерой вторичного теплообменника.
12. Устройство по п.1, в котором первичный теплообменник содержит также испаритель, посредством которого осуществляется охлаждающий теплообмен с теплоносителем в камере первичного теплообменника.
13. Устройство по п.1, в котором первичный теплообменник также содержит термостат.
14. Устройство по п.1, в котором теплоноситель циркулирует из первичного теплообменника во вторичный теплообменник через выпуск в стенке камеры первичного теплообменника.
15. Устройство по п.1, в котором первый трубопровод, содержащий охлаждаемую текучую среду, расположен в камере вторичного теплообменника.
16. Устройство по п.1, в котором первый трубопровод, содержащий охлаждаемую текучую среду, расположен в форме змеевика вокруг периферической стенки камеры первичного теплообменника.
17. Устройство по п.1, в котором охлажденный теплоноситель проходит через выпуск в камеру вторичного теплообменника, входит в указанную камеру с одного края камеры поверх периферической стенки первого трубопровода и выходит наружу через выпуск в стенке камеры у другого края камеры вторичного теплообменника.
18. Устройство по п.1, содержащее также резервуар для теплоносителя, расположенный рядом с камерой вторичного теплообменника.
19. Устройство по п.18, в котором резервуар расположен выше камеры вторичного теплообменника.
20. Устройство по любому из пп.18 или 19, в котором резервуар содержит пробку, содержащую мембрану для сброса избыточного давления.
21. Устройство по п.20, в котором резервуар соединен с выпуском камеры вторичного теплообменника через насос.
22. Устройство по п.1, в котором вторичный теплообменник также содержит насос для циркуляции теплоносителя.
23. Устройство по п.1, в котором второй трубопровод содержит теплоноситель, при этом второй трубопровод берет начало от первичного теплообменника.
24. Устройство по п.1, в котором второй трубопровод первичного теплообменника расположен вокруг и вдоль длины первого трубопровода вторичного теплообменника таким образом, что существенное количество охлаждающей энергии передается теплоносителем для охлаждения текучей среды, циркулирующей внутри трубопровода.
25. Устройство по п.1, в котором первичный теплообменник содержит отдельный змеевик и камеру для передачи охлаждающей энергии теплоносителю на расстоянии от второго трубопровода.
26. Устройство по п.25, в котором первичный теплообменник также содержит термостат для регулирования температуры теплоносителя и, следовательно, охлаждаемой текучей среды.
27. Устройство по любому одному из пп.23-26, в котором первичный теплообменник также содержит насос, соединенный с камерой первичного теплообменника.
28. Устройство по любому одному из пп.23-26, в котором камера первичного теплообменника соединена со вторым трубопроводом через выпуск, ведущий от упомянутой камеры ко второму трубопроводу.
29. Устройство по п.1, в котором второй трубопровод первичного теплообменника проходит соосно вдоль, по существу, всей длины первого трубопровода вторичного теплообменника.
30. Устройство по п.1, в котором второй трубопровод первичного теплообменника навит вокруг периферии первого трубопровода вторичного теплообменника.
31. Устройство по п.1, в котором второй трубопровод расположен вокруг первого трубопровода в виде одной или более секций так, чтобы теплопередача происходила от трубопровода к трубопроводу в одной или более несмежных областей или зон вдоль длины трубопровода, но так, чтобы этого было достаточно для обеспечения желательного охлаждения текучей среды внутри трубопровода.
32. Устройство по п.1, в котором первичный теплообменник также содержит емкость для восстановления теплоносителя.
33. Устройство по п.32, в котором емкость для восстановления теплоносителя соединена с насосом.
34. Устройство по п.32 или 33, в котором второй трубопровод также соединен с емкостью для восстановления теплоносителя.
35. Устройство по п.34, дополнительно содержащее переключатель, соединенный с вторым трубопроводом, для осуществления восстановления теплоносителя в емкости для восстановления.
36. Устройство по п.1, в котором охлаждаемая текучая среда является жидкостью.
37. Устройство по п.1, в котором текучая среда является жидкостью и содержит неалкогольные напитки, такие как фруктовый сок, воду, питьевую воду, и алкогольные напитки, такие как пиво, вино и спиртовые напитки.
38. Устройство по п.1, в котором охлаждаемая текучая среда является газом.
39. Устройство по п.1, в котором текучая среда является газом и содержит воздух, кислород, азот, гелий, водород, закись азота.
40. Устройство по п.1, в котором первый трубопровод периодически стерилизуется.
41. Аппарат для раздачи охлажденной текучей среды, дополнительно содержащий источник охлаждаемой текучей среды, подлежащей раздаче, и по меньшей мере один раздаточный кран, при этом аппарат для раздачи содержит устройство для охлаждения текучей среды по любому одному из пп.1-40.
42. Аппарат по п.41, дополнительно содержащий другой раздаточный кран, соединенный с источником текучей среды, независимый от устройства для охлаждения текучей среды.
43. Аппарат по п.41, в котором источник охлаждаемой текучей среды, подлежащей раздаче, является съемным.
44. Аппарат по п.41, в котором съемный источник текучей среды выбран из группы, состоящей из бутыли, канистры и резервуара с повышенным или неповышенным внутренним давлением.
45. Способ стерилизации аппарата для раздачи охлажденной текучей среды по любому из пп.41-44, включающий следующие этапы:
слив текучей среды из камеры, содержащей теплоноситель, первичного теплообменника;
по выбору слив текучей среды из первого трубопровода, содержащего охлаждаемую текучую среду, подлежащую раздаче;
стерилизацию первого трубопровода в течение периода времени, достаточного для того, чтобы произвести уничтожение бактерий и стерилизацию.
46. Способ стерилизации аппарата для раздачи охлажденной текучей среды по любому из пп.41-44, включающий следующие этапы:
слив текучей среды из второго трубопровода, содержащего теплоноситель, первичного теплообменника;
по выбору слив текучей среды из первого трубопровода, содержащего текучую среду, которую надлежит охлаждать и раздавать;
стерилизацию первого трубопровода в течение периода времени, достаточного для того, чтобы произвести уничтожение бактерий и стерилизацию.
47. Способ по п.45 или 46, в котором этап стерилизации содержит промывание первого трубопровода стерилизующим агентом.
48. Способ по п.47, в котором стерилизующим агентом является раствор сульфаминовой кислоты.
49. Способ по п.45 или 46, в котором этап стерилизации содержит нагрев первого трубопровода до температуры, которую поддерживают в течение периода времени, достаточного для того, чтобы произвести уничтожение бактерий и стерилизацию.
50. Способ по п.49, в котором нагрев первого трубопровода осуществляют путем подачи электрического тока к частям первого трубопровода или устройства для охлаждения текучей среды.
51. Способ по п.45 или 46, в котором путем нагрева некоторое количество оставшейся текучей среды в первом трубопроводе или в устройстве для охлаждения текучей среды достигает температуры стерилизации и проходит по упомянутому трубопроводу, таким образом осуществляя стерилизацию трубопровода.
52. Способ по п.45 или 46, в котором также стерилизуют раздаточные краны.
53. Способ по п.45 или 46, в котором перфоратор источника текучей среды, присоединяемый к источнику текучей среды, которую надлежит охлаждать и раздавать, также стерилизуют.
