專利名稱：啤酒分配器中的渦流產生裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于分配飲料如啤酒的裝置，具體地說，本發(fā)明涉及一種用于分配生啤酒的啤酒龍頭，但也并不僅限于此。
在酒吧或其他銷售點分配啤酒時，啤酒通常儲存在遠離分配點的小桶中。將包含二氧化碳或氮與二氧化碳混合物的氣缸與小桶相連通，以保持溶解在溶液中的氣體，并將啤酒從小桶輸送到分配龍頭中。
為保證在正確的狀態(tài)下將啤酒供應到龍頭中，在將啤酒輸送至龍頭之前，通常使其通過一個冷卻器和一個限壓器。在一些裝置中，在小桶和龍頭之間設置一個泵。
在常用的啤酒分配系統(tǒng)中，所述龍頭是一個可彈性偏置入開啟和關閉狀態(tài)的簡單的開關龍頭。在應用之前，根據要求設置分配系統(tǒng)，在龍頭完全開啟時，就以適當流量而在正確的狀態(tài)下分配啤酒。常用的龍頭具有一個簡單的柱塞閥部件，該閥部件可移入及移出與其相配合的閥座，啤酒流過所述閥座。
閥的下游為通常具有均勻內孔的噴嘴，使啤酒成為連續(xù)流。這些閥的原有設計不能快速地控制啤酒和氣體的分離，因此，啤酒頭形成的程度是可變化的。


圖1和圖2(圖中進行了示意性的顯示)中顯示了上述類型的通用龍頭，在一些公共場合和酒吧中利用這種龍頭來分配生啤酒。該龍頭包括一個進入管1，該進入管1開口入筒形腔體2中。閥頭3位于腔體的中間位置并用來關閉閥座4，閥座4形成于豎垂的分配噴口5的上端。閥頭3的直徑明顯小于腔體2的內徑，因此啤酒可圍繞閥頭的整個側面流動而到達分配噴口5。這樣，在應用過程中，啤酒通過進入管流入龍頭、再流過閥頭3，然后，向下穿過分配噴口。從圖1和圖2可看到，在按壓閥頭時，一些啤酒將在圍繞閥頭的任一方向中流動。
本發(fā)明人認識到這種流動方式可在腔體2中特別是在進入管相對的區(qū)域中將產生紊流和滯流點。這樣就會耗盡流動能量而在龍頭上產生較大的壓力降。因此，必須對小桶中的啤酒提供足夠高的壓力以允許產生所述的壓力降。此外，啤酒穿過龍頭的流動可能會對分配的啤酒的質量造成損害，這是因為啤酒在龍頭本身中可從不飽和狀態(tài)轉變?yōu)檫^飽和狀態(tài)。
分配的啤酒具有吸引人的泡沫頭通常是很重要的。眾所周知，生啤酒上的泡沫頭是啤酒中的氣體的溢出或分離生成氣泡而產生的，通常最希望產生由小氣泡形成的“致密”米色泡沫頭。
目前銷售的啤酒通常是下面兩種類型之一麥芽啤酒通常包含1.1-1.7％vol/vol的溶解二氧化碳，以及經常包含15-55％mg.l-1的溶解氮，或淡啤酒包含2.0-2.8％vol/vol的溶解二氧化碳。在任何一種情況下，作為過飽和溶液的啤酒進入玻璃杯就意味著它所包含的溶解氣體可能從溶液中分離出。這種現(xiàn)象發(fā)生的程度取決于多個因素。這些因素包括過飽和的程度、流動狀態(tài)和引起氣泡成長的晶核格點的存在。在啤酒分配過程中，溶液中的氣泡的產生是由不同的氣泡晶核預先決定的。這就意味著氣泡是在包含預存晶核格點(nuclation sites)的表面上集結形成的，或在啤酒流入玻璃杯時，由于空氣進入啤酒的結果而在溶液中形成的。
過去已試用了多種方法以便在生啤酒上產生高質量的泡沫頭。例如，可將氮添加到啤酒中且常常也在分配龍頭的基座中布置一個限流器。
這種限流器通常是包含5個孔的平盤，每個孔的直徑在0.5-1mm之間。由所述孔所提供的減小的液流孔在限流器上引起壓力降，從而產生氣體的分離且在啤酒上形成泡沫頭。
但是，具有限流器的這些已知龍頭存在的問題在于在限流器本身上產生較高的壓力降可造成對控制泡沫頭形成的損失。
從第一個方面可看到，本發(fā)明提供了一種飲料分配裝置，形成的這種裝置在流過該裝置的大部分飲料中產生渦流運動。
本發(fā)明在大部分飲料(例如容積)中產生的渦流與在分配龍頭中的紊流中發(fā)生的局部渦流或渦漩是不同的。但是，應認識到渦流中的流體運動本身是典型渦漩的。
在本發(fā)明的渦流中，在渦流的中心產生了一個低壓區(qū)域，其中，該區(qū)域中的壓力下降低于平衡壓力而使氣體從液體飲料中分離出來。因為氣體的分離是在不需要限流器的情況下達到的，所以就不會發(fā)生與這些裝置相關的壓力下降。因此，飲料可在較低的壓力下進入裝置。此外，已發(fā)現(xiàn)在從本發(fā)明的裝置分配的生飲料上形成了高質量的泡沫頭。
已發(fā)現(xiàn)為該裝置提供一個基本為圓形截面的流體腔可產生特殊的效果，其中，在腔體的進入口和輸出口均可一起產生渦漩運動。
在該腔體中產生渦流運動的一種特別有效的方式，是使進入口在與流體腔的圓形截面相切的一條切線上延伸。在這種方式中，流入該裝置的飲料從進入口沿著腔體的側壁內表面流入。這樣，飲料就環(huán)繞腔體流動而形成渦流。
同時，也可改變飲料相對于流體腔的流動方向，如上所述，飲料進入口最好包括一個導管，該導管在與流體腔的縱軸線基本垂直的方向上延伸，從而使飲料的流動路徑與流體腔相切。最好進入管也是基本水平的。
雖然飲料環(huán)繞流體腔壁的運動足可產生渦流運動，但是，在流體腔中明顯需要一個渦流觀測器，該渦流觀測器與飲料進入口相對準，這樣，在應用過程中，就可在渦流觀測器的外表面和流體腔的內壁之間的環(huán)形路徑中，導引流入流體腔的飲料。通過布置上述的渦流觀測器就可促使流入裝置的啤酒環(huán)繞流體腔流動。
渦流觀測器可以是能提供所需流動模式的任何一種觀測器。但是，該渦流觀測器最好具有一個筒狀部分。
更優(yōu)選的情況為，渦流觀測器還包括一個布置在下游端(即靠近輸出口的一端)的錐形或錐臺形部分。這樣可進一步促使飲料保持其渦流運動。
由于生飲料是在壓力作用下保存的，該壓力可驅使飲料穿過分配系統(tǒng)，本發(fā)明的裝置可以任何方位進行布置。事實上，本發(fā)明的裝置可布置為一種可移動且可手持的裝置。但是，通常情況下，從緊固到柜臺上的常用垂直輸出口來分配飲料最為方便。因此，優(yōu)選方案是流體腔包括限定渦流觀測器腔的一個上游部分，和從上游部分處吊裝的一個下游部分，渦流觀測器布置在渦流觀測器腔中，所述下游部分最好包括一個錐形或錐臺形部分。在應用中，該裝置可基本垂直布置，這樣，飲料在重力的作用下向下螺旋流動，穿過流體腔的下游部分并通過輸出口進行分配。
流體腔可以是能夠形成及保持渦流的任何一種形式。例如，它可以是中空的圓筒形式。但是，形成的流體腔最好可提高渦流的產生效果，例如，為其布置一個具有圓形截面的主體，其中至少下游部分在沿其下游流動方向中的軸線上徑向減小。
在按著上述形成龍頭的情況下，當飲料朝向流體腔的遠端流動時，飲料的渦流將被加速。這樣就逐步增加徑向的壓力降，從而就增大了氣體的分離而提高了形成的泡沫頭的質量。
應用過程中，飲料可直接流出流體腔。但是，沒經進一步導引而流出的飲料可形成為三角形或錐形。因此，最好布置一個渦流破碎器，將渦流破碎器布置在下游部分中接近排出點的位置處是比較理想的。在現(xiàn)有技術中已知作為流體引導器的相似裝置。這些裝置可使飲料以平順的直柱流出該裝置而不會明顯限制其流動。
本發(fā)明的簡單形式可與布置在上游中的相關流動控制部件如閥或龍頭相結合應用。但是，特別優(yōu)選的是整體形成的流動控制，這樣，就利用一個作為引導部件的龍頭來替代上面討論的現(xiàn)有技術中的龍頭。
達到該目的的一種特別方便的方式為上面描述的閥頭形式的渦流觀測器與流體腔的表面和/或輸出管相協(xié)作，以控制穿過該裝置的飲料的流動。
雖然流體腔截面的直徑沿著向下流動方向中的軸線均勻減小，但是，特別是在閥頭上布置一個渦流觀測器時，由流體腔的上部分限定的渦流觀測腔最好具有一個恒定的截面直徑，也就是說，渦流觀測器腔應為中空的圓筒狀。這樣就簡化了閥頭的設計和制造。流體腔的下游部分的截面直徑可在如上所述的下游流動方向中減小。
由于布置閥而使飲料環(huán)繞渦流觀測器(它形成閥頭)在單個方向上流動，從而產生渦流，該閥結構即使沒有被消除與現(xiàn)有技術中的龍頭相關的滯流點，也可將其明顯減少。因此，在閥上產生非常小的壓力降，這就意味著可進一步減小為保存飲料而作用的壓力。
這種閥結構本身被認為具有創(chuàng)造性，因此，從第二個方面來看，本發(fā)明提供的飲料分配龍頭包括一個進入管、一個流體引導腔、位于流體引導腔中的一個閥部件、和從流體引導腔中引出的一個輸出管，其中，進入管與流體引導腔相對布置，這樣，流入龍頭的飲料被引導，在一個方向上環(huán)繞閥部件流動。
由于這種安排明顯減小了閥上的壓力降，因此，它可應用于多種類型的分配裝置中。但是，為龍頭布置的上述優(yōu)選特征可使其具有特殊的優(yōu)勢。特別地，輸出管最好從流體引導腔處吊裝布置，這樣，飲料環(huán)繞閥部件的流動就在輸出管中產生渦流。
流體引導腔可優(yōu)選至少為圓筒狀。但是，也可利用錐形腔或錐臺形腔，在這種情況下，優(yōu)選相似的閥部件，這樣就形成了具有共軸側面的流體通道。
該閥部件可相對于在輸出管的上游端形成的閥座起作用，但是可干擾所需的渦流，因此，最好閥部件的一部分與從入口至流體引導腔的流體路徑相接近。閥部件應優(yōu)選設計為可迅速開啟及關閉流體路徑，以避免由于部分開啟流體路徑引起的紊流和氣體分離。例如，這樣可通過對閥部件設置一個直徑明顯小于流體引導腔的渦流觀測器部分，和直徑與流體引導腔的內徑基本相同的閥部分來達到，該閥部件可在流體引導腔內進行軸向移動，這樣，閥部分就可開啟及閉合進入管。
另一種可選擇的方式為流體路徑可通過閥部件的轉動來開啟和關閉。這樣可通過為閥部件布置一個直徑明顯小于流體引導腔的渦流觀測部分，和位于渦流觀測部分徑向之外的一個周向壁部分來達到，周向壁部分的直徑與流體引導腔的直徑基本相對應，其中，在周向壁部分中布置一個進入口，閥部件可在流體引導腔中轉動，使進入管與進入口對準或脫離對準，這樣，閥部分就可開啟和關閉進入管。制造的部件具有高精度的公差以進行自密封，但是，在閥部分的周圍最好設置適當?shù)拿芊獠牧稀?br> 本發(fā)明的裝置可以由任何適當?shù)牟牧现瞥?。這些材料包括例如具有平滑表面的材料，這樣，這些材料就沒有氣泡成長和分離的晶核格點，如玻璃或塑料。構成龍頭可用的塑性材料為有機玻璃或尼龍，但是優(yōu)選的是利用乙縮醛，這是由于它容易塑造而產生光滑的表面且具有較低的濕度吸收特征，并且它是可與食品相結合使用的一種安全材料。在另一種優(yōu)選的形式中，龍頭是由耐腐蝕材料如具有平滑內表面的不銹鋼來制作的。
本發(fā)明的裝置的錐臺形部分可具有約為45°的傾斜角。但是，優(yōu)選的情況為裝置的錐形或錐臺形部分具有小于30°的傾斜角。更優(yōu)選的情況為錐形或錐臺形部分具有小于15°或10°或7°的傾斜角。而更優(yōu)選的情況為錐形或錐臺形部分的傾斜角在7°和3°之間。裝置的最優(yōu)性能是通過至少約為5°的傾斜角達到的，而更優(yōu)選的情況為錐形或錐臺形部分具有5°的傾斜角。上面的所有傾斜角是通過相對于飲料分配裝置的縱軸線確定的。
應認識到本發(fā)明的裝置的尺寸可在較寬的范圍內進行選擇。但是，優(yōu)選的情況為錐形或錐臺形部分的高度在100mm和30mm之間。但是，根據本發(fā)明的裝置的良好特性是在一個較窄的尺寸范圍內達到的，因此，更優(yōu)選的情況為錐形或錐臺形部分的高度為40mm至60mm，例如約為50mm。
根據本發(fā)明的第三個方面，本發(fā)明還提供了一種新穎的改進的飲料分配方法，本發(fā)明在分配飲料時通過在大部分飲料內形成渦流而提供了一種生飲料分配方法。
根據本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供的飲料分配方法包括將飲料供應至其中布置有閥部件的流體引導腔。因此，飲料在流出腔體而被分配之前就圍繞閥部件在一個方向上流動。
該方法最好利用前述的裝置來執(zhí)行。
下面參考附圖，只通過例子對本發(fā)明的一些實施例進行描述。
圖1為現(xiàn)有技術中啤酒分配龍頭的示意性剖視圖；圖2為沿著圖1中的A-A線所做的示意性剖視圖；圖3中示意性地顯示了啤酒桶和包括根據本發(fā)明的龍頭的啤酒分配裝置之間的連接；圖4為根據本發(fā)明的龍頭的第一個實施例的縱向剖視圖；圖5為圖4中的龍頭沿B-B線所做的剖視圖；圖6為根據本發(fā)明的龍頭的第二個實施例的縱向剖視圖，圖中所示的龍頭具有處于開啟位置的一個密封閥；圖7為圖6中的龍頭的縱向剖視圖，其中的密封閥處于開啟位置；圖8為根據本發(fā)明的龍頭的第三個實施例的縱向剖視及部分分解視圖，龍頭具有的另一種形式的密封閥處于開啟位置；圖9為根據本發(fā)明的龍頭的另一個實施例的縱向剖視及部分分解視圖，在下面的內容中作為第2個龍頭進行描述；圖10為沿圖9中的A-A線所做的剖視圖；圖11為沿圖9中的B-B線所做的剖視圖；圖12為根據本發(fā)明的龍頭的另一個實施例的縱向剖視圖，在下面的內容中作為第3個龍頭進行描述；圖13為沿圖12中的A-A線所做的剖視圖；圖14為沿圖12中的B-B線所做的剖視圖；圖15為根據本發(fā)明的龍頭的另一個實施例的縱向剖視圖，在下面的內容中作為第4個龍頭進行描述；圖16為沿圖15中的A-A線所做的剖視圖；圖17為沿圖15中的B-B線所做的剖視圖；圖18為根據本發(fā)明的龍頭的另一個實施例的縱向剖視圖，在下面的內容中作為第5個龍頭進行描述；圖19為沿圖18中的A-A線所做的剖視圖；圖20為沿圖18中的B-B線所做的剖視圖；圖21為根據本發(fā)明的龍頭的另一個實施例的縱向剖視圖，在下面的內容中作為第6個龍頭進行描述；圖22為沿圖21中的A-A線所做的剖視圖；圖23為通過一個渦流破碎器所做的縱向截面視圖；圖24為圖23中的渦流破碎器的俯視圖；圖25為圖23中的渦流破碎器的透視圖；圖26為在檢測過程中所用的分配線的布置示意圖；圖27為用于顯示在啤酒分配過程中利用根據本發(fā)明的一個系統(tǒng)而得到的壓力降的圖表；圖28顯示了一個空啤酒杯的照片，圖中顯示了將在下文中討論的“泡沫花”(lacing)效果；圖29為根據本發(fā)明的龍頭的一個選擇實施例的縱向剖視圖；圖30為沿圖29中的A-A線所做的剖視圖；圖31和圖32所示為通過根據本發(fā)明的龍頭的頂部所做的剖視圖；圖33和圖34分別顯示了進入管中的轉動閥處于閉合和開啟位置；圖35和36分別顯示了進入管中的轉動筒形閥處于閉合和開啟位置；圖37為根據本發(fā)明的龍頭的示意性俯視圖及其相關的改進；圖38為圖37中的龍頭的示意性縱向剖視圖；圖39為根據本發(fā)明的龍頭的示意性俯視平面圖及其相關的改進。
對每個實施例中的相應的部件均采用相同的參考數(shù)字。
圖3顯示的啤酒分配系統(tǒng)包括根據本發(fā)明的第一個實施例的龍頭。這種分配布置方式不是一個標準。龍頭6通過一個管道7與遠處已知形式的冷卻器8相連。在管道7中布置一個閥9以控制啤酒向龍頭的供應。雖然此處顯示的閥布置在遠離龍頭的管道中，但是，在本發(fā)明的第二個實施例中，閥與龍頭整體布置，該內容將在下文中進行詳細描述。就如將在下文中參考圖26而進行詳細描述的那樣，在管道7的位置可布置一個毛細管。
啤酒從一個小桶10被供應至冷卻器，小桶10通過一個管道12與冷卻器相連通。系統(tǒng)中啤酒的壓力是由氣缸14和壓力表16控制的，壓力表16通過另一根管道17與小桶相連。
在常用的所謂升壓系統(tǒng)中，生啤酒是在由CO2的氣缸保持的壓力下供應的，該壓力迫使啤酒穿過分配系統(tǒng)。
圖4和圖5中更詳細地顯示了根據本發(fā)明的啤酒分配龍頭6的第一個實施例。圖中顯示的龍頭可由不銹鋼來制造，它也可選擇性地利用塑料或玻璃來制造。
龍頭6具有一個進入口18，進入口18水平(如圖所示)延伸且與龍頭主體22相切。如圖3所示，在應用中進入口與管道7相連通。這樣當圖3中的閥9開啟時，啤酒就通過進入口18而流入龍頭主體。
龍頭主體20由一個上游部分和下游部分24組成，在上游部分中形成有一個渦流觀測腔22，下游部分24從渦流觀測腔處下垂。
渦流觀測腔22為環(huán)形且具有內壁26和外壁28。內壁26形成所謂的渦流觀測器。這樣，流入渦流觀測腔中的啤酒將環(huán)繞其內壁和外壁之間的渦流觀測器螺旋流動而在啤酒體中形成渦流。下游部分24為錐臺形且其截面直徑在啤酒流經的方向上減小。
因此，啤酒在進入龍頭的下游部分時將繼續(xù)螺旋流過龍頭，且由于下游部分的直徑的減小而朝著龍頭輸出口29加速流動。
該實施例中描述的龍頭可保持任何一種方位來分配啤酒。但是，可以相信在龍頭垂直方位時可得到最好的效果。
圖6中顯示了根據本發(fā)明的啤酒分配龍頭6的另一個實施例。龍頭6本身具有一個主體20，主體20具有一個直的中空圓筒形上部分22，和在其下延伸的一個中空錐形部分24。進入管18布置在直的上部分中，管18在與上部分的一個切點處與其相結合。用于開啟和關閉龍頭的閥32也布置在上部分中。閥是通過一個機構來操縱的，該機構包括手柄33和驅動軸35，驅動軸35作用在位于閥頭之上的一根壓縮彈簧34上，彈簧偏壓閥閉合。在閥頭和龍頭體20的上部分22的內表面之間布置有密封環(huán)37。
渦流觀測器36安裝在閥上，渦流觀測器36為圓筒形且其直徑明顯小于上龍頭體的直徑。因此，當閥被壓時，渦流觀測器就延伸至進入管下面，閥的較寬部分就阻塞龍頭的進入口。但是，如圖7所示，當閥被抬起而開啟龍頭時，渦流觀測器就位于進入管的高度。這樣，當閥開啟時在渦流觀測器的壁和龍頭體的上部分的內表面之間限定了一個環(huán)形流體腔(或渦流觀測腔)。因此，流入龍頭的啤酒將在渦流觀測器的幫助下繞著龍頭的內側被螺旋引導。
如圖6和圖7所示，在龍頭體6的錐形部分24中布置有一個渦流破碎器42，該破碎器42包括一個沿錐形部分24徑向延伸的刀片64。
圖8顯示了根據本發(fā)明的啤酒龍頭的另一個實施例。龍頭中與上面所述的實施例相應的部分采用相同的標示數(shù)字。
如圖8所示，龍頭的基本結構與前面實施例相同。這樣，龍頭主體20包括一個較低的錐臺形部分24和一個用于限定渦流觀測腔22的上部分。在渦流腔22上布置了一個水平切向流的進入管18。
該實施例中布置了一個與前述實施例中不同的閥44，以開啟和關閉龍頭。該內容將在下文中進行描述。閥44包括位于渦流腔22中的一個旋轉閥部件46，及在“開”和“關”位置之間用于轉動旋轉閥部件的裝置(圖中未顯示)。
旋轉閥部件46包括一個上部堅硬的圓筒形部分48和一個圓周壁部分50，圓筒形部分48密封性地安裝在進入管18之上的渦流腔22中，圓周壁部分50從上部分48延伸至低于進入管18，且也密封性地裝配在渦流腔22中。在圓周壁部分50中布置有一個與進入管18持平的進入口52，這樣，進入口52和進入管18就可對準而使啤酒流入龍頭中，龍頭可通過轉動閥部件46關閉，因此進入口52就不與進入管18相對準。
在閥中設立了一個孔(圖中未顯示)，當閥閉合時，該孔可使龍頭與大氣相通，這樣，龍頭可進行自身排放。該特征對于衛(wèi)生原因來說是需要的。
圖8中還顯示了一個從上圓筒形部分48下垂的渦流觀測器36，其作用與圖6和圖7中的渦流觀測器36的作用相同。
渦流破碎器54位于龍頭體20的下部分24中，該渦流破碎器54包括交叉成十字布置的兩個刀片56、58。
根據本發(fā)明的龍頭所作的一些測試，顯示出通過整個龍頭分配的啤酒中的最大壓力降約為0.5bar(50kPa)。相反，具有如圖1和圖2所示的流動形式的現(xiàn)有技術中的龍頭的壓力降約為1.5bar(150kPa)。該壓力降由標準限流盤上的1bar(100kPa)的壓力降、和由于啤酒流過龍頭時的能量損失而造成的龍頭上約為0.5bar(50kPa)的壓力降組成。
由于本發(fā)明的龍頭上的壓力降只是約為現(xiàn)有分配系統(tǒng)中的壓力降的三分之一，這樣，就可以較低的壓力來供應小桶中的啤酒。這是很有益的，因為這樣意味著可以較低的頂部壓力從本發(fā)明的龍頭分配小桶中的啤酒。
下面給出了對現(xiàn)有技術中的龍頭和本發(fā)明中的不同龍頭所作檢測的詳細情況。
對6種不同的龍頭進行了檢測，結果如下表1所示表1
在上面的介紹中已描述了圖1和圖2中所示的龍頭1。
應認識到圖9至23只是示意性地，因此，未顯示龍頭的壁厚。但是，圖9至23中所示的每個龍頭均是用有機玻璃制作的，其壁厚適于這種材料。對圖9至23中所示的所有元件的尺寸均與這些元件的相應內部尺寸相關。
如圖9至11所示，第2個龍頭包括一個下錐臺形部分24，其輸出口直徑為8mm。下部分24的延伸高度為50mm且其以5°的角度傾斜。在下錐臺形部分24的基礎部分中的輸出開口的直徑為8mm。
在下部分24上方布置有一個渦流觀測腔22，渦流觀測腔的尺寸與第2-6個龍頭的尺寸相同。
渦流觀測腔22的高度為10mm而其直徑為20mm。渦流觀測器36位于渦流腔的中間且延伸過腔22的整個高度。渦流觀測器36的直徑為10mm。在渦流腔22的壁中布置有一個進入開口60。開口60是圓形的，其直徑為5mm，開口60位于渦流腔22的中間高度處。
在第2-5個龍頭的每一個中，一根進入管18附加到進入開口60上，進入管18的內孔為自由形成的錐形。該管與進入開口60相應的端部的內徑為5mm，而在其最寬點處的直徑約為6.5mm。由第6個龍頭的進入管18的內孔為加工平滑的錐形，因此在該管中可適當?shù)貙⒅睆綇?mm過渡到6mm，孔的斜率為常數(shù)。在啤酒向渦流腔流動時，進入管18的傾斜度(在手工形成或加工的情況下)具有使啤酒加速的效果，這對于龍頭的作用來說是具有優(yōu)勢的，該內容將在下文中進一步描述。
如圖9和11所示，第2個龍頭的渦流破碎器具有兩個有機玻璃刀片64、66，有機玻璃刃64、66的厚度為1mm而高度為13mm，二者在下部分24的底部中形成一個十字。此外，管形元件62安裝到下部分24的輸出口上。該元件的直徑為8mm而長度為30mm，其直徑保持恒定。這樣，管形元件的直徑與開口的直徑相一致。
在圖12-14中顯示了第3個龍頭。該龍頭具有與第2個龍頭非常相似的構造，特別地，渦流腔22和進入管18與第2個龍頭中的這些部分是相同的。龍頭體的下錐臺形部分24的尺寸卻與第2個龍頭的相應部分的尺寸不同。下部分24的高度為50mm，但是下部分的傾斜角為7。這樣在錐臺形部分的基礎上的開口的直徑為6mm，而不是8mm。
此外，渦流破碎器只有一個單個的有機玻璃刀片，該玻璃刀片的尺寸與第2個龍頭刀片的尺寸相同。與第2個龍頭相同，在該龍頭開口處布置有一個長度為30mm的直管形部件62，該管形部件的直徑為6mm，與下龍頭部分24的輸出口直徑相一致。
在圖15-17中所示的第4個龍頭除了在龍頭開口處沒有布置管形噴嘴外，其余均與第2個龍頭相同。此外，渦流破碎器的兩個刀片64、66是由不銹鋼而不是由有機玻璃制成。但是，刀片的尺寸與第2個龍頭的刀片的尺寸相一致。
圖18-20中顯示的第5個龍頭除了在龍頭開口處沒有布置管形噴嘴外，其余均與第3個龍頭相同。此外，渦流破碎器具有兩個厚度為1mm而高度為13mm的不銹鋼刀片，這兩個刀片在下部分24的底部中形成一個十字。
圖21和22所示的第6個龍頭與第3和第5個龍頭的結構和尺寸基本一致。對于第5個龍頭來說，在龍頭輸出口處沒有布置管形部件。此外，如上所述，只有第6個龍頭中的進入管18中的傾斜面是經過加工的，因此，該進入管18中的傾斜面就很平滑和精確。
第6個龍頭的渦流破碎器與工業(yè)中應用的作為標準型流體引導器的其他流體龍頭是有微小差別的。如圖23-25所示，變更后的流體引導器包括形成一個十字的兩個刀片64、66，所述刀片向下傾斜而在其下端交匯于一點，這是與上述其他渦流破碎器不同的。此外，該渦流破碎器不是安裝在龍頭的下錐形部分24中，而是僅位于布置在下錐形部分的內表面中的槽中。這種渦流破碎器的尺寸如圖23-25所示，它是用黑色乙縮醛制成的。
對上述每個龍頭的測試是在下列分配條件下利用嘉士伯(Carlsberg)啤酒來進行的小桶溫度約為20℃小桶上的頂部壓力為1.7bar(170kPa)分配時間為14秒分配溫度為5-7℃小桶中的CO2的量為2.1vols圖26中顯示了所用分配系統(tǒng)的布置，該系統(tǒng)與圖3中所示的系統(tǒng)基本相同。
在系統(tǒng)中布置了壓力表P1-P4，這樣就可測量啤酒在冷卻之前的壓力(P1)、冷卻之后的壓力(P2)、在分配管和毛細管之間的壓力(P3)及在龍頭處的壓力(P4)。該系統(tǒng)的一些尺寸為管a為小桶管長度為1m管b為分配管長度為1m，直徑為6.7mm管c為毛細管長度為0.63m，直徑為3mm圖27顯示了在啤酒分配線中的P1至P4點處所測得的啤酒中的壓力下降情況。圖中也顯示了為將CO2保持在啤酒溶液中所需的平衡壓力。如圖所示，啤酒最初處于約1.7bar(170kPa)的頂部壓力下。對于溫度約為20℃的小桶中的啤酒來說，該壓力是在平衡壓力之上的，這樣就可將啤酒中的CO2保存在溶液中。在平衡壓力之上而作用在啤酒上的CO2的任何壓力將使更多的CO2溶解入啤酒中，因此，頂部壓力相對于平衡壓力不應該太高。
當在圖27所示的步驟1和步驟2之間冷卻啤酒時，平衡壓力相對急劇地下降，達到在5℃-7℃之間的一個溫度處的約為0.544bar(54.4kPa)的壓力。用于分配的啤酒的實際壓力通過冷卻器只是以較小的量下降，因此，當啤酒從冷卻器出來時，CO2仍保存在溶液中。
為了在一種過飽和狀態(tài)下將啤酒供應到龍頭中，需使啤酒流過一個毛細管系統(tǒng)(在圖27所示的點2和點4之間)，將啤酒的壓力降低至低于平衡壓力。
利用一個限壓閥可選擇地將壓力降低至低于平衡壓力。但是，理想的情況為小心地控制壓力降，使啤酒在到達龍頭或分配點時達到過飽和的臨界水平，毛細管系統(tǒng)為控制該壓力降提供了一種精確的裝置。
啤酒的壓力一旦降低至低于平衡壓力，啤酒就會過飽和。這與圖27上的點X相對應。對于過飽和的啤酒來說，提供平滑的流動表面是很重要的，這是因為流動表面上的任何粗糙度都可能作為啤酒中的氣體分離的晶核格點。因此，通過使啤酒以恒定的流速經過毛細管到達龍頭，就可以過飽和狀態(tài)輸送啤酒且可根據需要而無氣體分離。
在該檢測過程中，在上述分配條件下利用龍頭1至6來傾倒幾品脫的(高品位)嘉士伯啤酒。傾倒每品脫啤酒所用的時間為14秒。用于測試的嘉士伯啤酒在0℃和一個大氣壓力(101.325KPa)下所測得的CO2的特性參數(shù)為2.1vols/vol。啤酒中CO2的減少會產生“口感一般”或通常認為不理想的乏味。因此，應避免CO2的容積的下降超過0.5vols/vol，且CO2的損失應為最少，以使所分配的啤酒的口感良好。
在釀造工業(yè)中的所需要的另一個效果為“泡沫花”。這是在倒空啤酒之后在玻璃杯上留下氣泡的起伏產生的現(xiàn)象。這種“泡沫花”可利用第6個龍頭達到，圖28即顯示了這樣的一個例子。
下面的表2顯示了所得到的每個龍頭的數(shù)據，其中1)啤酒中的CO2的平均量(Vols/vol)是將2品脫啤酒分開而經3次測量即6次測量所得的平均值；2)從一個龍頭中傾倒一品脫啤酒所得到的泡沫頭的深度；3)對泡沫頭的說明4)泡沫頭大約保持的時間；
5)在傾倒幾品脫的啤酒之后從每個龍頭所得到的泡沫花的描述。
表2
從表2中的檢測結果可得出下面的結論。與那些標準龍頭相比，本發(fā)明對分配的嘉士伯啤酒進行的所有檢測實施例均明顯提高它們的特性。提高之處在于i.較深的泡沫頭ii.更致密/良好的米色泡沫頭iii.泡沫頭可保留更長的時間iv.改進的泡沫花外觀此外，可從包含較多CO2的所有實施例中分配嘉士伯啤酒。6mm的龍頭的執(zhí)行情況明顯好于8mm的龍頭。龍頭的傾斜進入口被認為在啤酒流過龍頭過程中有益于產生更寬更強的渦流，這樣可促使在啤酒上形成泡沫頭。
雙刀片有機玻璃破碎器將渦流破碎使其直流動幅度比單刀片要大。但是，提供第二個直孔噴嘴可使啤酒滿意地直接流出單刀片龍頭。
自由渦流龍頭中的渦流的構造對啤酒的分配可產生較大的影響。已發(fā)現(xiàn)在渦流轉動較快的龍頭中的效果要好于渦流轉動較慢的龍頭。
6mm的龍頭可產生較快的旋轉渦流，該渦流可圍繞一根固定的垂直軸線穩(wěn)定轉動。這是由于噴嘴斜度的增加(相對于8mm龍頭中的5°來說，該龍頭中為7°)，這樣就在流體中產生了較大的軸向速度。但是，8mm的龍頭產生較慢的渦流且不穩(wěn)定(可產生擺動)。
這種現(xiàn)象可影響氣體的分離程度，最終在分配時影響啤酒的表象。由于轉動速度與渦流中的壓力成反比，因此，較快的渦流將具有較大的徑向壓力降。也就是說，在自由渦流的周圍與其中心之間存在較大的壓力差。這自然就意味著在渦流區(qū)域中仍溶解的任何氣體將承受高水平的過飽和，這樣就可提供“驅動力”，使其從中間渦流區(qū)的溶液中分離。
所做的試驗已顯示出龍頭進入管的尺寸也顯著影響渦流的大小。在啤酒試驗中，龍頭6的執(zhí)行情況最好。該龍頭的內部尺寸除了進入管之外均與第3和第5個龍頭的尺寸相同。龍頭6具有一個平滑的、經加工的傾斜進入路徑(25mm長，從6.5mm至5mm傾斜)，這樣可對其中的液體進行較大程度的加速。在該區(qū)域中的加速不僅可產生快速轉動渦流，而且還增加了渦流的寬度。這兩個因素的組合可在龍頭6中產生良好的性能。
由傾斜的進入口所產生的加速使進入的液體集中作用在渦流觀測器頭的后壁上，使液體產生較大的初始轉速(參見圖31)。
如果進入的液體的速度較低，將布置一個并行孔的進入管，這對于轉動系統(tǒng)的短路流動來說就存在一定的范圍。一些運動較慢的液體將相對于渦流觀測器產生滯流，或實際上根本不圍繞著它進行轉動(參見圖32)。
因此，用于分配嘉士伯啤酒的渦流龍頭的最優(yōu)設計如圖29和30所示。該龍頭除了與圖11所示相同的包括兩個有機玻璃刀片的渦流破碎器之外均與龍頭6相一致。
用于分配嘉士伯啤酒的的優(yōu)選龍頭尺寸如下傾斜角度＝7°D＝20mmDi＝3.5mmDu＝6mmd＝10mml＝10mmL＝50mm其中D為渦流腔的直徑Di為進入口直徑Du為龍頭輸出口的直徑D為渦流觀測器的直徑l為渦流觀測器的高度L為龍頭的下錐形部分的高度因此，龍頭不同尺寸的最優(yōu)比例為di/D＝0.15-0.25Du/D＝0.3l/D＝0.5d/D＝0.5L/D＝2.5此外，根據上面的描述，渦流啤酒分配龍頭的不同尺寸比例范圍如下面所給出，該分配龍頭可使啤酒產生良好的泡沫頭且不會使過多的氣體分離
D1/D＝0.10-0.36Du/D＝0.10-0.36l/D＝0.3-0.6d/D＝0.3-0.6L/D＝0.75-5下錐形部分24的最大高度(L)可為100mm而最小約為30mm。但是，應認識到，該較小的值受通過龍頭所能達到的流速及傾倒一品脫啤酒所耗費的時間限制，而不受所產生的啤酒的泡沫頭質量的限制。
利用根據本發(fā)明的龍頭也可成功的分配低碳酸鹽啤酒和低氮啤酒。但是，與上述用于分配啤酒的理想情況相比，必須稍微變化龍頭的尺寸。這些尺寸可通過上面進行的試驗來確定，以達到最優(yōu)的分配條件。
另外還對龍頭進行了檢測，從而將布置在管18中用于開啟和關閉龍頭所用的閥與布置在龍頭體本身中的閥相比較。檢測了兩個不同的龍頭，檢測結果如圖33至36所示。
圖33顯示了一個處于閉合位置的標準轉動閥，圖34顯示了處于開啟位置的相同的閥。利用該閥可達到滿意的傾倒效果。
圖35和36顯示了處于閉合和開啟位置的另一個轉動閥。如圖所示，這種閥包括一個旋轉桶，利用這種閥也可達到良好的傾倒效果。
因此，本發(fā)明的龍頭可利用較寬范圍的閥起作用，所述閥包括上面敘述中的所有類型，及用于關閉進入管中的流體的大部分已知類型的閥。
通過提供的裝置可對根據本發(fā)明的龍頭作進一步的改進，保證迫使啤酒或其他飲料在龍頭中繞著渦流觀測器流動，這樣可使流體中的短路或滯流最小。如圖37和38所示，在流體腔中的進入管18的水平處可布置一個階梯式裝置68。以這種方式，可迫使液體環(huán)繞渦流觀測器36流動，且在流體腔22中的較低點處，回復至與飲料進入流體腔的點相應的回轉點。這樣，當飲料環(huán)繞流體腔22流動而在任何階段不能保持自身時，就可避免流體腔中的飲料產生短路現(xiàn)象。
在流體腔22中可選擇性地或附加性地布置一個桶70，這樣，通過進入管18而進入流體腔22的飲料，就被迫在圖39中所示的箭頭A的方向中流動。這種桶的布置可保證迫使進入流體腔22的飲料環(huán)繞渦流腔36進行流動。
權利要求
1.飲料分配裝置，在應用中所形成的裝置在流過該裝置的大部分飲料中產生渦流運動。
2.根據權利要求1所述的飲料分配裝置，其中該裝置具有一個流體腔、一個進入口和一個輸出口，所述流體腔具有基本為圓形的截面。
3.根據權利要求2所述的飲料分配裝置，其中進入口在與流體腔的圓形截面基本相切的方向上延伸。
4.根據權利要求3所述的飲料分配裝置，其中進入口為一個管道，該管道在與流體腔的縱軸線基本垂直的方向上延伸。
5.根據權利要求2-4中任一所述的飲料分配裝置，其中在流體腔中布置有一個與進入口相對準的渦流觀測器，這樣在應用中，流入流體腔的飲料就被引導入在渦流觀測器的表面和流體腔的內面之間的一個環(huán)形路徑。
6.根據權利要求5所述的飲料分配裝置，其中渦流觀測器包括圓筒形部分。
7.根據權利要求6所述的飲料分配裝置，其中渦流觀測器還包括設置在其下游端的錐形或錐臺形部分。
8.根據權利要求6或7所述的飲料分配裝置，其中渦流觀測器整體設置有閥頭。
9.根據上述權利要求中任一所述的飲料分配裝置，其中該裝置在應用中基本垂直定位布置，這樣飲料就在重力的作用下螺旋向下流過該裝置。
10.根據上述權利要求2-9中任一所述的飲料分配裝置，其中流體腔的至少一部分的圓形截面的直徑，在沿其向下流動方向中的軸線方向上減小。
11.根據上述權利要求中任一所述的飲料分配裝置，其中在該裝置中布置一個渦流破碎器，使離開裝置的飲料流變得平順。
12.根據上述權利要求2-10中任一所述的飲料分配裝置，其中流體腔包括一個中空的限定渦流觀測腔的圓筒形上游部分，和吊裝在上部分上的一個錐形或錐臺形下游部分。
13.根據上述權利要求中任一所述的飲料分配裝置，其中所述裝置還包括用于開啟和關閉進入該裝置的飲料流的裝置。
14.根據上述權利要求13所述的飲料分配裝置，其中該裝置還包括一個進入口，其中用于開啟和關閉進入該裝置的飲料流的裝置布置在該進入口中。
15.一種飲料分配裝置，包括一個進入管、一個流體引導腔、位于流體引導腔中的一個閥部件、和從流體引導腔中引出的一個輸出管，其中，進入管與流體引導腔相對布置，這樣流入龍頭的飲料就在一個方向上被引導而環(huán)繞閥部件流動。
16.根據上述權利要求15所述的飲料分配裝置，其中輸出管吊裝在流體引導腔上，這樣，環(huán)繞閥部件的飲料流就在輸出管中產生了渦流。
17.根據上述權利要求15或16所述的飲料分配裝置，其中在輸出管中布置一個渦流破碎器，使離開裝置的飲料流變得平順。
18.根據上述權利要求15、16或17所述的飲料分配裝置，其中閥部件可在流體引導腔中軸向移動，以這種方式閥部件就可開啟及關閉進入管。
19.根據上述權利要求18所述的飲料分配裝置，其中閥部件布置有一個渦流觀測部分和一個閥部分，渦流觀測部分的直徑明顯小于流體引導腔的直徑，閥部分的直徑與流體引導腔的直徑基本相同，閥部分可操作而開啟和關閉進入管。
20.根據上述權利要求15、16或17所述的飲料分配裝置，其中閥部件的轉動開啟和關閉進入管。
21.根據上述權利要求20所述的飲料分配裝置，其中閥部件布置有一個渦流觀測部分和一個圓周壁部分，渦流觀測部分的直徑明顯小于流體引導腔的直徑，圓周壁部分徑向位于渦流觀測部分之外，且其直徑與流體引導腔的直徑基本相對應，其中在圓周壁部分中布置一個進入口，閥部件可在流體引導腔中轉動，使進入管與進入口對準或脫離對準，這樣閥部分就可開啟和關閉進入管。
22.根據上述權利要求中任一所述的飲料分配裝置，龍頭可用不銹鋼制作。
23.根據上述權利要求1-21中任一所述的飲料分配裝置，其中龍頭可用玻璃制作。
24.根據上述權利要求1-21中任一所述的飲料分配裝置，其中該裝置可用塑料制作。
25.根據上述權利要求24所述的飲料分配裝置，其中該裝置可用有機玻璃制作。
26.根據上述權利要求7-25中任一所述的飲料分配裝置，其中錐形或錐臺形部分的傾斜角為30°。
27.根據上述權利要求25所述的飲料分配裝置，其中錐形或錐臺形部分的傾斜角小于15°或優(yōu)選為10°。
28.根據上述權利要求27所述的飲料分配裝置，其中錐形或錐臺形部分的傾斜角在7°和3°之間，優(yōu)選在7°和5°之間。
29.根據上述權利要求28所述的飲料分配裝置，其中錐形或錐臺形部分的傾斜角約為5°。
30.根據上述權利要求7-29中任一所述的飲料分配裝置，其中錐形或錐臺形部分的高度在100mm和30mm之間。
31.根據上述權利要求30所述的飲料分配裝置，其中錐形或錐臺形部分的高度約為50mm。
32.一種用于分配飲料的方法，該方法包括分配飲料時在大部分飲料中形成渦流。
33.一種用于分配飲料的方法，該方法包括將飲料供應至一個流體引導腔，一個閥部件位于該流體引導腔中，這樣飲料在流出腔體而被分配之前就在基本上一個方向上環(huán)繞閥部件流動。
34.根據權利要求32或33所述的飲料分配方法，該方法利用了根據權利要求1-31中任一所述的裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一個飲料分配裝置,在應用中所形成的裝置在流過該裝置的大部分飲料中產生渦流運動。在本發(fā)明的渦流中,在渦流的中心形成一個低壓區(qū)域,這樣在該區(qū)域中的壓力就降低至低于平衡壓力,從而使氣體從液態(tài)飲料中分離出來。由于不需要限流器就可使氣體分離,所以就不會發(fā)生與這些裝置相關的壓力降。因此飲料可以較低的壓力進入該裝置,此外已發(fā)現(xiàn)在從本發(fā)明的裝置分配的生飲料上形成了高質量的泡沫頭。
文檔編號B67D1/00GK1349475SQ0080705
公開日2002年5月15日 申請日期2000年3月27日 優(yōu)先權日1999年3月26日
發(fā)明者安德魯·巴克, 保羅·坎貝爾 申請人:卡爾斯伯格－泰特利釀造有限公司