Пристрій для енергоефективного розливу напоїв і спосіб енергоефективного їх дозування

Реферат: Пристрій для розливу напоїв містить блок управління і теплообмінник, який взаємодіє з теплоносієм, зокрема водою. З блоком (5) керування з'єднаний датчик (11) витрати напою, що вимірює витрату напою, причому блок керування (5) з урахуванням витрат напою і фактичної теплоємності теплоносія (4) управляє щонайменше одним вузлом (6, 7) і забезпечує досягнення такого значення теплоємності, яке мінімально необхідне для підтримки необхідної температури напою. UA 101092 C2 (12) UA 101092 C2 UA 101092 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Даний винахід стосується пристрою для розливу напоїв, який містить блок управління і теплообмінник, який взаємодіє з теплоносієм, зокрема водою. Крім того, даний винахід стосується способу управління пристроєм для розливу напоїв, що містять блок управління і теплообмінник, який взаємодіє з теплоносієм, зокрема водою. З патентного документа JP 2002203275 відомий спосіб управління пристроєм для розливу напоїв. Такий пристрій для розливу напоїв містить охолоджуючий змійовик, який перемішує пристрій і бак з охолоджуючою водою. Також передбачений датчик, що вимірює товщину шару льоду, що поглинає тепло напою. Охолодження пристрою для розливу напоїв збільшується або зменшується залежно від зміни товщини шару льоду. Крім того, згідно з цим документом запропонованим при регулюванні холодопродуктивності враховувати величину попереднього розливу напою, оскільки передбачається, що попередній розлив приблизно відповідає запланованому розливу. У порівнянні з пристроєм, що характеризується постійним значенням холодопродуктивності, регулювання холодопродуктивності в залежності від товщини льоду забезпечує наступну перевагу: завдяки цьому усувається проблема, згідно якої з пристрою для розливу виходить занадто теплий або занадто гарячий напій. Крім того, запобігає повне обмерзання бака для охолоджуючої води, що могло б привести до його пошкодження. Проте найбільш важлива перевага полягає в економії енергії. На жаль, за допомогою такого пристрою дуже важко оптимальним чином узгодити холодопродуктивність з фактичним розливом. Танення або кристалізація льоду відбуваються повільно, тому для забезпечення швидкого танення або заморожування потрібна велика продуктивність. Це призводить до того, що доводиться постійно підтримувати трохи більший шар льоду, ніж це потрібно для забезпечення достатнього охолодження навіть при раптовому збільшенні розливу напою. Щоб вирішити цю проблему, в патентному документі JP 2002203275 запропоновано регулювання холодопродуктивності також з урахуванням попереднього розливу. Проте це працює лише до тих пір, поки поточний розлив напою не занадто сильно відрізняється від попереднього розливу. Оскільки холодопродуктивність не оптимально узгоджена з розливом, доводиться миритися з проблемою дуже високої витрати енергії. Таким чином, завдання даного винаходу полягає в зниженні енергоспоживання пристрою для розливу напоїв. У пристрої для розливу напоїв вищеназваного типу це завдання вирішується завдяки тому, що зазначений блок керування з урахуванням витрати напою і фактичної теплоємності теплоносія управляє щонайменше одним вузлом і досягає необхідного значення теплоємності. Ідеальним показником, що характеризує розлив напою, є витрата напою, тому що його можна виміряти безпосередньо і негайно. Однак на практиці фахівця цікавить, перш за все, застосування пристрою для розливу напоїв. Це застосування є сумарною витратою за певний час. Наприклад, споживання може бути кількістю наповнених за одну годину склянок. Блок управління може управляти вузлом з урахуванням теплоємності і витрати напою. У результаті регулювання теплоємності теплоносія отримують наступний ефект: змінний акумулятор тепла/холоду, служить для теплообміну з теплоносієм. В якості теплоносія можна використовувати, наприклад, воду. Теплоємність води змінюється вже завдяки тому, що в результаті охолодження частина води перетворюється на лід. В пристрої для роздачі напоїв вміст льоду у воді діє як акумулятор холоду/тепла: якщо напій охолоджують завдяки теплообміну з частково замерзлою водою, то частина льоду розплавляється. Таким чином, при високому споживанні/витраті потрібна велика кількість льоду, а при низькому, навпаки, мала. Постійно вимірюючи фактичну теплоємність, наприклад, вимірюючи товщину льоду, і забезпечуючи досягнення необхідного значення теплоємності, тобто, наприклад, регулюючи товщину льоду, отримують достатній акумулятор холоду і тепла, мінімізуючи при цьому витрати енергії. Управляти зазначеним вузлом можна, зокрема, шляхом регулювання продуктивності та тривалості роботи. Згідно переважного варіанту винаходу, зазначений щонайменше один вузол є індикатором, зокрема лампа. Цей індикатор може на підставі показників теплоємності і/або витрати напою показувати оператору фактичний стан розливу напою. Як індикатор можна використовувати або електричний блок світлової індикації, або лампу. Цей індикатор, наприклад, можна безперервно вмикати і вимикати, тобто змінювати силу світла. Блок управління може управляти і іншими вузлами пристрою для розливу напоїв, зокрема, будь-якими його конструктивними елементами, у тому числі компресором. Крім того, він може управляти і будь-якими зовнішніми вузлами. 1 UA 101092 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 У кращому випадку зазначений щонайменше один вузол є перемішуючим пристроєм. Перемішуючий пристрій, розташований всередині резервуару пристрою для розливу напоїв, призначений для перемішування теплоносія і забезпечення рівномірного розподілу температури всередині пристрою для розливу. У цьому випадку перемішуючий пристрій може також служити для управління кількістю відібраного від напою тепла, і таким чином, впливати на температуру розливу напою. При зупиненому перемішуючому пристрої між теплообмінником і, наприклад, стінкою резервуара встановлюється перепад температур, який вищий за аналогічний перепад, що існує при працюючому перемішуючому пристрої. Це також впливає на віддачу тепла напоєм усередині теплообмінника. Згідно кращого варіанту винаходу, з вказаним теплоносієм взаємодіє також додатковий теплообмінник. За допомогою цього додаткового теплообмінника можна охолоджувати сам теплоносій. При цьому в пристрої можуть бути передбачені впускні і випускні трубопроводи, що відводять тепло теплоносія. У кращому випадку на додатковому теплообміннику розташована тверда фаза, яка міститься в теплоносії, зокрема лід. Якщо додатковий теплообмінник відводить тепло від теплоносія, на поверхні теплоносія утворюється тверда фаза. Наприклад, у випадку води на поверхні теплообмінника утворюється шар льоду. Цей шар льоду є акумулятором холоду, так як, наприклад, для перетворення льоду з температурою 0° у воду з температурою 0° потрібно 333 кДж/кг. Отже, в результаті утворення шару льоду підвищується теплоємність води. Згідно переважного варіанту винаходу, в пристрої передбачений датчик теплоємності, що вимірює товщину міститься в теплоносії твердої фази, зокрема льоду. Відповідно, теплоємність води можна виміряти, наприклад, вимірюючи вміст льоду і вміст води, а також температуру цих складових. У переважному випадку в пристрої передбачений датчик теплоємності, який забезпечує вимірювання теплоємності і виконаний у вигляді щонайменше одного ультразвукового датчика або щонайменше одного датчика провідності, або щонайменше одного датчика тиску або щонайменше одного лазерного датчика, чи з меншою мірою одного термодатчика, або у вигляді комбінації зазначених датчиків. Вимірювання теплоємності можна здійснити за допомогою одного з вищеназваних датчиків. Однак можна передбачити ціле поле термодатчиків, так що частина термодатчиків буде оточено льодом, а частина - водою. На підставі співвідношення між термодатчиками, що знаходяться в льоді і термодатчиками, що знаходяться не в льоді, можна зробити висновок про величину теплоємності. Згідно переважного варіанту винаходу, як теплоносій використовується охолоджуюче середовище. Зокрема, охолоджуюче середовище може бути водою або сумішшю води з гліколем. Зазначене у винаході завдання вирішується також завдяки згаданому на початку опису способу, відповідно до якого з урахуванням витрати напою і фактичної теплоємності теплоносія управляють щонайменше одним вузлом і забезпечують досягнення необхідного значення теплоємності. На підставі відомої витрати і теплоємності напою блок управління може управляти пристроєм із забезпеченням оптимальної витрати енергії та оптимальної холодопродуктивності. Для цього, по-перше, необхідно відрегулювати теплоємність. Теплоємність можна відрегулювати, наприклад, шляхом охолодження або нагрівання теплоносія. По-друге, керують деяким вузлом, наприклад, за допомогою блоку управління. Цей керований вузол може бути наприклад, компресором, індикатором і/або перемішуючим пристроєм. Тим не менш, цим вузлом може бути і вузол, який не належить до пристрою для розливу напоїв. Важливо зазначити, що дане управління повинно забезпечувати регулювання продуктивності і тривалості роботи. У кращому випадку зазначеним вузлом керують таким чином, що при незначній витраті напою створюють незначну теплоємність, зокрема незначну товщину льоду, при середній витраті - середню теплоємність, зокрема середню товщину льоду, а при великій витраті - велику теплоємність, зокрема велику товщину льоду. В залежності від витрати напою/ споживання теплоносія при однаковій вхідний температурі напою повинен забезпечувати різний акумулятор тепла, здатний надійно охолоджувати напій до однакової температури. Тому, щоб зберегти енергію, доцільно забезпечити настільки високу за значенням теплоємність, зокрема товщину льоду, при якій достатній охолоджуючий ефект тільки починає досягатися. Згідно кращого варіанту винаходу, теплоємність регулюють шляхом зміни в теплоносії, зокрема воді, вмісту твердої фази, зокрема вміст, обумовлений товщиною льоду. Наприклад, теплоємність теплоносія можна підвищити, збільшивши в ньому вміст твердої фази. Відповідно, щоб перевести лід у рідкий стан, необхідно використовувати додаткову енергію. У кращому випадку для того, щоб визначити споживання, середнє споживання або зважене споживання, 2 UA 101092 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 визначають витрату, середню витрату або зважену витрату напою за період часу. Споживання відноситься до витрати величини, яка цікавить фахівця, найбільше. Якщо не очікуються сильні коливання в споживанні, то спрогнозувати майбутнє споживання можна просто на підставі середнього арифметичного. При зважуванні оцінюють скоріше не передостаннє, а останнє споживання, оскільки саме останнє споживання є хорошим показником майбутнього споживання. Далі винахід описаний на прикладі кращого варіанту його здійснення, розкритого з посиланням на креслення, на яких: фіг. 1 схематично у поперечному перерізі показує пристрій для розливу напоїв; фіг.2 показує витрату напою як функцію часу. На фіг. 1 показаний пристрій (1) для розливу напоїв, що містить напій (2) і резервуар (12), наповнений теплоносієм (4). В якості теплоносія (4) можна використовувати охолоджуюче середовище, зокрема воду, повітря або сольовий розчин. Напій (2) подають у теплообмінник (3) через впускний трубопровід (13). Впускний трубопровід (13) сполучається з резервуаром, що містить напій (не показаний). З теплообмінника (3) напій (2) по випускному трубопроводі (14) поступає до роздаточного клапану (не показаний). Теплообмінник (3) виконаний у формі спіралі. При цьому він оточує перемішуючий пристрій (6), який, наприклад, може бути мішалкою. Перемішуючий пристрій (6) забезпечує однорідність розподілу температури в резервуарі (12). На фіг. 1 двома стрілками позначено, як переміщається теплоносій (4) за допомогою перемішуючого пристрою (6). Теплоносій (4) взаємодіє не тільки з теплообмінником (3), але додатково ще з одним теплообмінником (8). Додатковий теплообмінник (8) може бути виконаний у вигляді охолоджуючої установки. На фіг. 1 додатковий теплообмінник зображений у вигляді трубчастої спіралі. На поверхні контакту додаткового теплообмінника (8) з теплоносієм (4) може утворюватися тверда фаза (9) теплоносія (4). Якщо в якості теплоносія (4) застосовують воду, то утворюється шар льоду. У цьому випадку тверда фаза (9) служить в якості акумулятора тепла/холоду для теплоносія (4). При цьому вміст твердої фази (9) в теплоносії (4) ні в якому разі не повинен складати 100%, інакше може відбутися пошкодження будь-якого з елементів пристрою для розливу напоїв. Теплоємність теплоносія (4) можна вимірювати за допомогою датчика (10) теплоємності. Датчик (10) теплоємності може бути представлений щонайменше одним ультразвуковим датчиком або щонайменше одним датчиком провідності, або щонайменше одним датчиком тиску, або щонайменше одним лазерним датчиком, або щонайменше одним термодатчиком. Датчик (10) теплоємності вимірює вміст твердої фази (9) в теплоносії (4). Для цієї мети в пристрої може бути передбачений не один термодатчик, а ціле поле термодатчиків. При цьому одна частина цього поля може бути оточена твердою фазою (9), тоді як інша його частина буде знаходитися в нетвердій фазі теплоносія. Таким чином, на підставі частини термодатчиків, розташованих у твердій фазі (9), можна визначити вміст твердої фази (9). Для вимірювання витрати напою передбачений датчик (11). Витрати напою, який як показано на фіг. 1, розташований у впускному трубопроводі (13) і у випускному трубопроводі (14). Як датчик (11) витрати напою можна використовувати групу датчиків. Наприклад, витрату напою можна вимірювати за допомогою термодатчика або обертальної крильчатки. Величини теплоємності і витрати напою передають в блок (5) управління, який управляє вузлом (6) або (7). Щодо вузлів (6) або (7), то мова може йти, наприклад, про перемішучий пристрій (6) і індикатор (7). Індикатор може бути, наприклад, лампою або комплексним демонстраційним табло. Також, за рахунок зміни витрати в додатковому теплообміннику (8) є можливість регулювати продуктивність цього теплообмінника (8). Проте для цієї мети можна використовувати і безліч інших пристроїв, керованих блоком управління з урахуванням теплоємності і витрати напою. Крім того, можна застосовувати зовнішні пристрої, функціонально пов'язані з пристроєм для розливу. Під час відкривання роздаткового клапана напій (2) надходить з резервуара через впускний трубопровід (13), теплообмінник (3) та випускний трубопровід (14) до роздаткового клапану. При цьому в теплообмінник (3) напій (2) доводиться до необхідної температури. Теплообмінник (3) в свою чергу обмінюється теплом з теплоносієм (4). Але теплоємність теплоносія (4) залежить також від температури і агрегатного стану. Необхідне значення теплоємності забезпечують за допомогою блоку (5) управління, який керує додатковим теплообмінником (8) і таким чином, задає температуру і вміст твердої фази (9) в теплоносії (4). Завдяки блоку (5) управління можна задавати таке необхідне значення теплоємності, яке мінімально необхідно для підтримки необхідної температури напою. Для досягнення цієї мети, блок (5) управління отримує величини теплоємності і витрати напою, а потім управляє додатковим теплообмінником (8). Таким чином, 3 UA 101092 C2 5 пристрій для розливу напоїв дозволяє економити енергію. Проте блок управління може також управляти безліччю інших пристроїв, щоб знизити їх енергоспоживання. На фіг.2 витрата А напою представлена як функція часу t. У діапазоні від І до II витрата А невеликий, і блок (5) управління регулює теплоємність так, що утворюється лише незначний вміст твердої фази (9). У діапазоні від II до III витрата напою середньої величини, тому утворюється середнє за величиною кількість твердої фази. Нарешті, в діапазоні від III до IV витрата і вміст твердої фази максимальні. У діапазоні після моменту часу IV витрата, а разом з ним і вміст твердої фази знову падає до середнього значення. Таке регулювання теплоємності дозволяє знизити споживання енергії. 10 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 20 25 30 35 40 45 50 1. Пристрій для розливу напоїв, який містить блок управління і теплообмінник, який взаємодіє з теплоносієм, зокрема водою, який відрізняється тим, що з блоком (5) керування з'єднаний датчик (11) витрати напою, причому блок керування (5) з урахуванням витрат напою і фактичної теплоємності теплоносія (4) управляє щонайменше одним вузлом (6, 7) і забезпечує досягнення такого значення теплоємності, яке мінімально необхідне для підтримки необхідної температури напою. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що щонайменше один вузол (6, 7) є індикатором (7), зокрема лампою. 3. Пристрій за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що щонайменше один вузол (6, 7) є перемішуючим пристроєм (6). 4. Пристрій за будь-яким з пп. 1-3, який відрізняється тим, що із теплоносієм (4) взаємодіє додатковий теплообмінник (8). 5. Пристрій за будь-яким з пп. 1-4, який відрізняється тим, що на додатковому теплообміннику (8) розташована тверда фаза (9), зокрема лід, що міститься в теплоносії (4). 6. Пристрій за будь-яким з пп. 1-5, який відрізняється тим, що в ньому передбачений датчик (10) теплоємності, що вимірює товщину, яка міститься в теплоносії (4) твердої фази (9), зокрема льоду. 7. Пристрій за будь-яким з пп. 1-6, який відрізняється тим, що в ньому передбачено датчик теплоємності (10), який забезпечує вимірювання теплоємності і виконаний у вигляді щонайменше одного ультразвукового датчика або щонайменше одного датчика провідності, чи з меншою мірою одного датчика тиску, або щонайменше одного лазерного датчика, або щонайменше одного термодатчика, або у вигляді комбінації зазначених датчиків. 8. Пристрій за будь-яким з пп. 1-7, який відрізняється тим, що як теплоносій (4) використовується охолоджуюче середовище. 9. Спосіб управління пристроєм для розливу напоїв, що містять блок управління і теплообмінник, який взаємодіє з теплоносієм, зокрема водою, який відрізняється тим, що за допомогою датчика витрати напою вимірюють витрату напою і з урахуванням цієї витрати напою і фактичної теплоємності теплоносія управляють щонайменше одним вузлом (6, 7, 8) і забезпечують досягнення такого значення теплоємності, яке мінімально необхідне для підтримки необхідної температури напою. 10. Спосіб за п. 9, який відрізняється тим, що зазначеним вузлом керують таким чином, що при незначній витраті напою створюють незначну теплоємність, зокрема незначну товщину льоду, при середній витраті - середню теплоємність, зокрема середню товщину льоду, а при великій витраті - велику теплоємність, зокрема велику товщину льоду. 11. Спосіб за п. 10, який відрізняється тим, що теплоємність регулюють шляхом зміни в теплоносії, зокрема воді, зокрема вмісту твердої фази, обумовленої товщиною льоду. 12. Спосіб за будь-яким з пп. 9-11, який відрізняється тим, що для того, щоб визначити споживання, середнє споживання або зважене споживання, визначають витрату, середню витрату або зважену витрату напою за період часу. 4 UA 101092 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5