Спосіб експрес-приготування мінеральної води, яка швидко розкладається при нагріванні та зберіганні, і пристрій для його реалізації

Винахід відноситься до пристроїв та способів для нагрівання рідин, що підлягають розливанню і може бути використаний в курортології, зокрема, в автоматизованих системах приготування, тобто подавання, підігрівання та дозування мінеральної води, яка швидко розкладається в неприродних умовах. Відомий пристрій для розподілу гарячого напою, який складається з резервуару для зберігання рідини, наприклад води, що з'єднаний з подаючим баком через клапан, вмонтований у резервуарі, де подаючий бак має нагрівач, а також з механізму дозування та розподілу нагрітого напою (Патент Великобританії №1489951, кл. A4T, опубл. 1977). Недоліком пристрою є те, що він не забезпечує приготування мінеральної води, яка швидко розкладається при нагріванні та зберіганні в неприродних умовах. Найбільш близьким до винаходу за сукупністю суттєвих ознак є спосіб автоматичного керування процесом приготування мінеральної води зі складом, що швидко розкладається при нагріванні та зберіганні, у якому регулюють нагрівання мінеральної води до заданої температури, дозують її розподіл споживачам, шляхом регулювання максимально допустимої потужності нагрівання стабілізують температуру води на виході нагрівача на максимально допустимому рівні залежно від інтенсивності тепловідводу, а з метою зниження перегріву води на межі з нерівномірно нагріваючою тепловіддачею поверхнею при виході нагрівача на усталений режим попередньо визначають найбільш швидко нагріваючу зону тепловіддаючої поверхні, вимірюють температур у на цій поверхні, з одночасною стабілізацією температури води на виході нагрівача; порівнюють температуру визначеної зони з заданим максимально допустимим значенням і в момент її перевищення зупиняють нагрівання тепловіддаючої поверхні. Пристрій, що реалізує вказаний спосіб, складається з нагрівача, виконаного у вигляді пакету плескатих пластин, затиснутих між собою через гумові прокладки стискаючими плитами, у яких виведені гідравлічні вхід і вихід нагрівача так, що тонкий струмінь води омиває послідовно усі нагрівні пластини, вихід нагрівача сполучений з автоматичною лінією дозованого роз поділу нагрітої води, зв'язаної через послідовно сполучені давач стр уму навантаження, формувач сигналу обмеження максимально допустимої потужності, схему співпадіння, тиристорне керуюче джерело живлення з виходами для нагрівних пластин, давач температури, що встановлений у зоні тепловіддаючої поверхні нагрівних пластин, яка найшвидше нагрівається, і через схему порівняння з'єднаний з другим входом схеми співпадіння, давач температури води на виході нагрівача через регулятор температури води з'єднаний з третім входом схеми співпадіння, а вихід давача стр уму навантаження через блок керування під'єднаний до широтно-імпульсного регулятора температури води і автоматичної лінії дозованого розподілу води, а також задавач температури поверхні нагрівних пластин, що під'єднаний до другого входу схеми порівняння, при цьому задавач температури води з'єднаний з другим входом регулятора температури води (А.с. СССР №1567512, кл. B62D5/62, опубл. 30.05.90). Вказаний спосіб та пристрій, що його реалізує, передбачають прогнозування з необхідним випередженням споживання мінеральної води, тому неминучим у них є період часу, протягом якого зберігається підігріта мінеральна вода (застій), що приводить до її розкладання (зміна мінерального складу) та, відповідно, до погіршування лікувальних властивостей. Так, застій підігрітої до 40°C мінеральної води типу "Нафтуся" протягом 15 - ти хвилин приводить до зменшення кількості органічних речовин до 30% (Яременко М.С., Ивасивка С.В., Попович И.Л. и др. Физиологические основы лечебного воздействия воды "Нафтуся". - К.: Наук. думка, 1989. - С.47). В основу винаходу поставлено задачу швидкого приготування мінеральної води, яка розкладається при нагріванні та зберіганні, шляхом підігріву обмеженої порції протічної мінеральної води виключити застій підігрітої мінеральної води та максимально зберегти біологічну активність мінеральної води. Поставлена задача розв'язується тим, що у способі експрес-підігріву мінеральної води, яка швидко розкладається при нагріванні та зберіганні, де регулюють нагрівання мінеральної води до заданої температури, стабілізують температуру мінеральної води на виході шляхом регулювання максимально допустимої потужності нагрівання, залежно від інтенсивності тепловідводу, дозують її розподіл споживачам, згідно з винаходом, для підігріву подають з постійною швидкістю лише визначену нормою споживання порцію мінеральної води, яку протягом масу, що визначає тривалість відпускання порції споживачу, пропускають через теплообмінник, розташований у нагрівачі, виконаному у вигляді термостатованої ємності, наповненої теплоємкою речовиною, при цьому, для виходу теплообмінника на усталений режим роботи, забезпечують стабільність температури мінеральної води на вході теплообмінника, нагрівають теплоємку речовину нагрівача, пропускають визначену порцію мінеральної води через теплообмінник, вимірюють температуру мінеральної води на виході теплообмінника та температуру теплообмінника, після чого встановлюють залежність температури мінеральної води на виході теплообмінника від температури теплообмінника при незмінній температурі мінеральної води на вході теплообмінника, визначають максимальне значення температури теплообмінника, що відповідає визначеній температурі споживання мінеральної води, а потім забезпечують максимальну температуру теплообмінника, вимірюють цю температуру та температуру мінеральної води на вході теплообмінника, знаходять необхідну різницю між її значенням та максимальним значенням температури теплообмінника, формують сигнал вимкнення підігріву та вимикають підігрів. Поставлена задача також розв'язується тим, що у пристрій для експрес-приготування мінеральної води, яка швидко розкладається при нагріванні та зберіганні, що складається з нагрівача, із вмонтованими нагрівними пластинами, дозатора, який гідравлічним входом сполучений з виходом нагрівача, схеми порівняння, схеми співпадіння, широтноімпульсного регулятора, блоку керування, перший вихід якого з'єднаний із входом дозатора, а другий - з входом широтно-імпульсного регулятора, вихід якого сполучений з першим входом схеми співпадіння, джерела живлення, до якого під'єднані нагрівні пластини і вхід котрого сполучений з виходом схеми співпадіння, давача температури теплообмінної поверхні, давача вхідної температури мінеральної води, задавача температури теплообмінної поверхні, згідно з винаходом додатково введені, заливний бачок, із встановленими регулятором рівня води та давачем вхідної температури мінеральної води, теплообмінник, розташований у нагрівачі, гідроклапан, у якого гідровхід сполучений з виходом заливного бачка, гідровихід - із входом теплообмінника, а керуючий вхід - з керуючим виходом дозатора, перший та другий вимірні посилювачі, причому, нагрівач виконаний у вигляді термостатованої ємності, наповненої теплоємкою речовиною, а також формувач сигналу рівня теплоємкої речовини, давач рівня теплоємкої речовини, що встановлений у нагрівачі і через формувач сигналу рівня теплоємкої речовини сполучений з другим входом схеми співпадіння, операційний посилювач, у якого неінвертуючий вхід з'єднаний з виходом задавача температури теплообмінної поверхні, а вихід - з першим входом схеми порівняння, причому давач вхідної температури сполучений через перший вимірний посилювач з інвертуючим входом операційного посилювача, а давач температури теплообмінної поверхні, що встановлений на теплообміннику, з'єднаний через другий вимірний посилювач з другим входом широтно-імпульсного регулятора і другим входом схеми порівняння, вихід якої під'єднаний до третього входу схеми співпадіння і входу блоку керування, при цьому гідравлічний вхід теплообмінника є входом нагрівача, а гідравлічний вихід теплообмінника е виходом нагрівача. Таким чином, забезпечивши нагрівання до заданої температури порції мінеральної води, що протікає через відповідно сконструйований нагрівач лише протягом часу, який визначає тривалість відпускання однієї порції, вдається повністю виключити застій підігрітої мінеральної води та зберегти її лікувальні властивості для споживача. На кресленні (фіг.) показана функціональна схема пристрою для реалізації способу. Пристрій складається з нагрівача (НГ) 1, із вмонтованими нагрівними пластинами (НП) 2, дозатора (ДОЗ) 3, який гідравлічним входом сполучений з виходом НГ 1, схеми порівняння (СП) 4, схеми співпадіння (СС) 5, широтно-імпульсного регулятора (ШІМ) 6, блоку керування (БК) 7, перший вихід якого з'єднаний із входом ДОЗ 3, а другий - з входом ШІМ 6, ви хід якого сполучений з першим входом СС 5, джерела живлення (ДЖ) 8, до якого під'єднані НП 2 і вхід якого сполучений в виходом СС 5, давача температури теплообмінної поверхні (ДТ2) 9, давача вхідної температури мінеральної води (ДТ1) 10, задавача температури теплообмінної поверхні (ЗТ) 11. До пристрою також входять:заливний бачок (ЗБ) 12 із встановленими регулятором рівня води та ДТ1 10, теплообмінник (ТО) 13, гідроклапан (ГК) 14, у якого гідровхід сполучений з виходом ЗБ 12, гідро вихід із входом ТО 13, а керуючий вхід - з керуючим виходом ДОЗ 3, перший (ВП1) 15 та другий (ВП2) 16 вимірні посилювачі, причому нагрівач виконаний у вигляді термостатованої ємності, наповненої теплоємкою речовиною, а також формувач сигналу рівня теплоємкої речовини (ФСР) 17, давач рівня теплоємкої речовини (ДР) 18, що встановлений у НГ 1 і через ФСР 17 сполучений з другим входом СС 5, операційний посилювач (ОП) 19, у якого неінвертуючий вхід з'єднаний з виходом ЗТ 11, а вихід - з першим входом СП 4. Причому ДТ1 10 сполучений через ВП1 15 з інвертуючим входом ОП 19, а ДТ2 9, що встановлений на теплообміннику, з'єднаний через ВП2 16 з другим входом ШІМ 6 і другим входом СП 4, вихід якої під'єднаний до третього входу СС 5 і входу БК 7. При цьому гідравлічний вхід ТО 13 є входом НГ 1, а гідравлічний вихід ТО 13 є виходом НГ 1. До початку експлуатації пристрою, забезпечивши стабільність температури мінеральної води у ЗБ 12, вмикають НП 2 та підігрівають теплоємку речовину в НГ 1. Пропустивши за допомогою ДОЗ 3 та ГК 14 визначену порцію мінеральної води через ТО 13, за допомогою зовнішнього термометра вимірюють її температур у на виході ДОЗ 3 та за допомогою ДТ2 9 відповідну їй температур у теплообмінної поверхні ТО 13. Таким чином визначають максимально допустиме значення температури теплообмінної поверхні ТО 13, при якому порція мінеральної води нагрівається до заданої температури (36 ... 41°C). Визначену температуру теплообмінної поверхні ТО 13 задають за допомогою ЗТ 11, після чого пристрій стає готовим до експлуатації. При цьому постійна швидкість протікання мінеральної води через ТО 13 забезпечується шляхом стабілізації її рівня у ЗБ 12 з вмонтованим регулятором рівня. Далі пристрій працює наступним чином. Він вмикається заздалегідь, коли до початку циклу споживання мінеральної води залишається час, протягом якого забезпечується нагрівання теплоємкої речовини у НГ 1 до максимально допустимої температури. При ввімкненні пристрою на виході ОП 19 формується сигнал, який через СП 4 вмикає БК 7. Тоді ШІМ 6, через СС 5 запускає ДЖ 8 і подає живлення на НП 2, тобто починається підігрівання теплоємкої речовини у НГ 1. Як тільки у зоні ДТ2 9 температура досягне заданого за допомогою ЗТ 11 максимально допустимого значення, спрацьовує СП 4, яка забороняє проходження сигналів ШІМ 6 через СС 5 і вимикає ДЖ 8. ТО 13 готовий до підігрівання порції мінеральної води. Об'єм порції задається часом, протягом якого відкритий ГК 14, за допомогою ДОЗ 3. При ввімкненні ДОЗ 3 дозована порція мінеральної води протікає через ТО 13 до споживача. За рахунок теплопередачі вона прогрівається в ТО 13 до потрібної температури. При цьому в зону ДТ2 9 температура теплообмінної поверхні ТО 13 знижується, спрацьовує СС 4, знімається забороняючий сигнал на її ви ході та знову вмикаються НП 2. Одночасно БК 7 формує блокуючий імпульс ввімкнення ГК 14 через ДОЗ 3. Тривалість блокуючого імпульсу вибирається в межах декількох секунд і повинна бути достатньою для поповнення тепловою енергією теплоємкої речовини НГ 1, яка поглинається протічною мінеральною водою через тепловіддаючу поверхню ТО 13.