Охлаждающее устройство и торговый аппарат, содержащий это устройство

Изобретение относится к усовершенствованному охлаждающему устройству и торговому аппарату, содержащему это устройство. Предлагаемое охлаждающее устройство содержит камеру для охлаждаемого продукта, приспособление для подачи хладагента в указанную камеру и приспособление для вращения продукта, введенного в камеру, вокруг двух параллельных несовпадающих одна с другой осей. Настоящее изобретение относится к усовершенствованному охлаждающему устройству. В отраслях питания, розничной торговли и организации развлечений используют различные типы торговых автоматов для поддержания продуктов охлажденными. Применительно к холодным напиткам указанные автоматы представлены двумя типичными группами - коммерческие холодильники для напитков и автоматы для продажи холодных напитков. В обоих типах устройства представляют собой, по существу, крупногабаритные охладители со стеклянной передней панелью, снабженные поворотными или раздвижными дверями в случае первой группы (для ручной раздачи) или снабженные раздаточным механизмом в случае второй группы. В рассматриваемых устройствах напитки предварительно охлаждаются и хранятся готовыми к продаже. Во многих случаях напитки хранят при низкой температуре в течение длительного срока до момента приобретения. В результате без необходимости расходуется значительная энергия. Указанная проблема осложнена неэффективной работой устройств обоих типов. При эксплуатации в коммерческих холодильниках для напитков (устройства первой группы) происходит значительная потеря холодного воздуха при каждом открытии большой дверцы. В автоматах для продажи должен быть обеспечен удобный доступ к раздаточному лотку, где товар забирает пользователь. В результате имеет место плохая герметизация. Для поддержания эффективности холодильные установки эксплуатируют, как правило, в фоновом режиме, что вызывает, однако, дополнительное потребление энергии, напрямую не способствующей охлаждению хранимых продуктов. Известно, что на многих предприятиях розничной торговли хранят продаваемые напитки в охлаждаемых шкафах с открытой передней панелью для облегчения доступа и обзора продуктов. Очевидно,что в данных шкафах происходит еще большая потеря энергии. В конечном счете при длительном хранении напитков в охлажденном состоянии в готовом для продажи виде большое количество электрической энергии затрачивается впустую, независимо от того, когда именно происходит продажа. Проблемы потерь энергии не ограничены только случаем крупных площадок, на которых размещены автоматы. Охлаждающие шкафы для напитков размещают во многих небольших магазинах, на заправочных станциях и в точках питания. Для таких предпринимателей затраты на электрическую энергию составляют большую долю расходов. Потеря энергии не является единственной проблемой. Поскольку холодильные установки вырабатывают тепло, затраченная впустую тепловая энергия, вырабатываемая побочно холодильной установкой, часто вызывает нежелательный нагрев участков вокруг автоматов. В результате возникает несоответствие, обусловленное тем, что пользователи должны употреблять приятно охлажденные напитки в некомфортно теплых условиях. Скорость охлаждения также имеет большое значение, в особенности для организаций с высоким оборотом напитков, например на концертах, спортивных соревнованиях и на других специальных мероприятиях. Часто в начале мероприятия напитки охлаждены должным образом, поскольку находятся в холодильных установках в течение нескольких часов. Однако объем продаваемых в ходе мероприятия напитков превышает производительность холодильных установок. В результате напитки продают только частично охлажденными или не охлажденными вовсе. Задача настоящего изобретения состоит в решении указанных проблем за счет предложения устройства, обеспечивающего охлаждение напитков по заказу пользователя и выполненного в виде автономного устройства или в виде устройства, встроенного в торговый автомат. В нашей более ранней заявке WO 2011/012902 описано охлаждающее устройство, содержащее камеру для приема охлаждаемого продукта. Описанное устройство содержит вращающее приспособление,обеспечивающее вращение продукта, введенного в указанную камеру, и приспособление для подачи охлаждающей текущей среды в данную камеру. Данный патентный документ рекомендуется для ознакомления с существующим уровнем техники. Вращающее приспособление предназначено для обеспечения импульсного или прерывистого вращения в течение заданного периода времени. Мы разработали устройство, содержащее камеру для приема банки или другого контейнера с охлаждаемым напитком. Данная камера содержит поворотную площадку с электроприводом, обеспечивающую вращение банки с некоторой скоростью, и содержит также приспособление для удержания банки на поворотной площадке при сохранении вращения банки с охлаждаемым напитком. Разработанное устройство содержит также приспособление для подачи охлаждающей текущей среды. В конструкции рассматриваемого устройства предусмотрена возможность вращения самой камеры или возможность вращения контейнера внутри камеры. Также из уровня техники известна установка для охлаждения герметично закупоренных банок, в которой используется водный раствор соли, охлажденный примерно до -16C и содержащийся в охлаждающем баке, оснащенном вращающимся смесителем для уменьшения кристаллизации соли. Для заполнения охлаждающего бака использован диафрагменный насос, обеспечивающий интенсивность подачи до 5 л/мин. Указанный бак выполнен с возможностью приема стандартной банки и е вращения с частотой до 12 Гц, соответственно со скоростью до 720 об/мин. Предусмотрено также регулирование интенсивности подачи насоса и скорости вращения банки с напитком. При работе описанной выше установки регистрировали скорость охлаждения напитка в реальном времени.US 4172365 раскрывает охладитель для транспортировки и охлаждения, в частности, консервированных напитков, включающий в себя термически изолированные контейнеры, имеющие открытый конец и удерживаемую крышку, формирующие хранилище для напитков с разделительными средствами для удержания консервированных напитков на периферии хранилища и для формирования с помощью поверхности консервированных напитков, полости для хладагента, причем внешняя поверхность контейнера сконфигурирована для качения с крышкой, которая удерживается герметичным закрытием. В момент транспортировки посредством качения охладителя напитки внутри банок охлаждаются посредством контакта с хладагентом и поверхности банок формируют указанную полость. Мы обнаружили, что во время вращения банки образуется вынужденный вихрь. Глубина образующегося вихря внутри банки зависит от скорости вращения. В результате происходит вынужденная конвекция, создающая искусственные конвекционные потоки внутри банки. После прекращения вращения образуется свободный или затухающий вихрь и происходит естественная конвекция, способствующая перемешиванию содержимого банки без внедрения воздушных пузырьков, способных создавать активные центры и избыточное вспенивание. В свою очередь, в неподвижной банке без подобного затухающего вихря более холодные слои напитка, будучи более плотными, опускаются на дно банки. Перемешивание содержимого банки происходит очень плохо, что приводит к неравномерности распределения температуры и во многих случаях к образованию льда или "сгущеной кашицы". В нашей предыдущей работе мы обнаружили, что прерывистое или импульсное вращение устраняет указанный недостаток, что, однако, замедляет охлаждение,поскольку скорость контейнера с напитком сначала падает, а затем снова возрастает. Задача настоящего изобретения заключается в повышении скорости охлаждения. В настоящем изобретении предложено в самом широком смысле охлаждающее устройство для охлаждения продукта, отличающееся тем, что данное устройство выполнено с возможностью вовлечения продукта в движение по меньшей мере с двумя степенями свободы. В настоящем изобретении соответственно предложено охлаждающее устройство, содержащее камеру для приема охлаждаемого продукта. Предложенное устройство содержит вращающее приспособление, обеспечивающее вращение продукта, введенного в указанную камеру, и приспособление для подачи хладагента, обеспечивающего подачу хладагента в данную камеру. Устройство также содержит приспособление для вовлечения камеры в дополнительное движение. В одном из вариантов изобретения дополнительное движение является линейным. Указанное линейное движение предпочтительно является возвратно-поступательным. Указанное возвратно-поступательное движение происходит с частотой по меньшей мере 50 проходов/мин, предпочтительнее с частотой по меньшей мере 80 проходов/мин, еще более предпочтительно с частотой по меньшей мере 100 проходов/мин. Наиболее выгодно возвратно-поступательное движение с частотой 120 проходов/мин. В другом варианте изобретения вращающее приспособление выполнено с возможностью вращения продукта вокруг двух параллельных несовпадающих осей. Одна из указанных осей предпочтительно является осью продукта. Вращающее приспособление выполнено с возможностью вращения продукта со скоростью 90 об/мин или более, предпочтительнее со скоростью по меньшей мере около 180 об/мин и еще более предпочтительно со скоростью по меньшей мере около 360 об/мин. В дополнительном варианте изобретения вращающее приспособление выполнено с возможностью вращения продукта в камере. В альтернативном варианте изобретения вращающее приспособление выполнено с возможностью вращения самой камеры. Хладагент предпочтительно является охлаждающей текущей средой, а приспособление для подачи охлаждающей текущей среды выполнено с возможностью подачи потока охлаждающей текущей среды в камеру. Охлаждающая текущая среда подается в камеру при температуре -10C или ниже, предпочтительнее -14C или ниже и еще более предпочтительно -16C или ниже. В некоторых вариантах изобретения предлагаемое устройство содержит несколько упомянутых камер. В типичных вариантах изобретения предлагаемое устройство встроено в торговый автомат, содержащий также приспособление для введения и извлечения, предназначенное для введения охлаждаемого продукта в камеру и для извлечения охлажденного продукта из камеры. Указанный торговый автомат предпочтительно содержит также приспособление для хранения продукта или группы продуктов и подающее приспособление, предназначенное для отбора продукта из приспособления для хранения и последующего введения указанного продукта в камеру. Указанные выше и другие признаки настоящего изобретения раскрыты ниже в подробных деталях,относящихся только к приведенному примеру ссылками на прилагаемые чертежи, на которых на фиг. 1 изображена аксонометрическая проекция первого варианта выполнения заявляемого устройства, на фиг. 2 изображен график скорости охлаждения, полученный при нескольких испытаниях устройства по фиг. 1, а на фиг. 3 схематично изображен сверху второй вариант заявляемого устройства. В самом простом варианте охлаждающую текущую среду заливают в камеру, а в конце процесса охлаждения выливают. В предпочтительных вариантах изобретения охлаждающую текущую среду вводят посредством устройства. На фиг. 1 изображена установка 10, содержащая камеру 11 для приема контейнера с напитком, установленную на плите 12. Камера 11 выполнена с возможностью вращения при помощи электрического мотора 13, установленного под плитой 12. Плита 12 выполнена перемещаемой возвратнопоступательным образом за счет установки с возможностью скольжения на параллельных направляющих 14 и приводится в возвратно-поступательное движение с помощью кулачкового механизма, содержащего эксцентрически установленный соединительный стержень 15, приводимый в движение другим мотором 16. Соединительный стержень 15 выполнен регулируемым с возможностью обеспечения регулируемой длины хода от 5 до 25 мм. Специалистам в данной области техники понятно, что есть другие варианты настоящего изобретения, обеспечивающие возможность использования одного мотора, в том числе за счет использования зубчатой передачи. Соответственно в рассматриваемом устройстве предусмотрена возможность вовлечения контейнера с напитком, размещенного в камере 11, в движение с двумя степенями свободы - вращательного движения вокруг оси вращения камеры 11 и линейного движения в направлении возвратно-поступательного движения плиты 12. Скорость охлаждения, полученная при испытаниях для алюминиевых банок емкостью 330 мм, находящихся при комнатной температуре, представлена графически на фиг. 2. Во всех трех случаях скорость вращения составляет 350 об/мин. Частота возвратно-поступательного движения составляет 120 проходов в минуту при длине хода 18,5 мм, что эквивалентно движению со скоростью 74 мм/с. Температура хладагента составляет -14,5C при протекании через камеру 11 с расходом 4,25 л/мин. Эффективный объем камеры составляет 650 мл, что эквивалентно толщине слоя охлаждающей текущей среды около 20 мм вокруг банки стандартного диаметра. Для сравнения показан график скорости охлаждения, обеспечиваемой в устройстве, заявленном в патентном документе WO 2011/012902 (только прерывистое вращение без линейного движения). Указанная скорость охлаждения отображена линией (i). Согласно показанному графику охлаждение от типичной комнатной температуры 22 до 4C происходит за время более 70 с. Для сравнения в установке,показанной на фиг. 1, охлаждение происходит до 4C за 54 с (линия iii) и за 58 с (линия ii), что является улучшением на 18-23%. Предполагается, что в заявляемом устройстве происходит (по крайней мере, при идеальной настройке) образование вихря Ранкина внутри контейнера с напитком. Визуальное наблюдение в прозрачной камере 11 с прозрачным контейнером с напитком подтверждает правильность данного предположения. Для заявляемого устройства применимы другие способы генерации вихря Ранкина или вихря, подобного вихрю Ранкина, например эпициклическое вращение, перемешивание в одной плоскости и перемешивание в нескольких плоскостях; создание асимметрии в контейнере, например, посредством локализованного сдвига, вращения вокруг оси, несовпадающей с осью контейнера, или вращения контейнера перпендикулярно его оси; приложение к контейнеру ударной волны во время вращения или приложение центростремительной силы. Таким образом, при создании вихря типа вихря Ранкина по всему радиусу возникает тангенциальная скорость, не равная произведению угловой скорости и радиуса. В результате напиток не ведет себя как твердое тело, поскольку происходит движение массы и, следовательно, перемешивание. В типичных вариантах изобретения предлагаемое устройство встроено в торговый автомат и содержит приспособление для введения и извлечения, предназначенное для введения охлаждаемого продукта в камеру и для извлечения охлажденного продукта из камеры. Указанный торговый автомат предпочтительно содержит также приспособление для хранения продукта или группы продуктов и подающее приспособление, предназначенное для отбора продукта из приспособления для хранения и последующего введения указанного продукта в камеру. Как правило, торговый автомат содержит также устройство приема оплаты, например монетный механизм, или устройство считывания карт для взимания платежа. На фиг. 3 представлен один из вариантов изобретения, в котором контейнер с напитком вращается эпициклично. Представленное устройство содержит первичное вращающее приспособление, обеспечивающее вращение контейнера, например банки 20, вокруг своей собственной оси 21 и вторичное вращающее приспособление, обеспечивающее вращение оси банки вокруг не совпадающей параллельной вторичной оси 22. Такая схема вращения обеспечивает улучшенное перемешивание напитка, тем самым уменьшая перепад температуры в контейнере. Конвективный теплообмен в значительной степени регулируется за счет режима тока текучей среды в граничном слое. Увеличение градиента скорости в граничном слое повышает конвективный теплообмен. Число Рейнольдса является ключевым параметром, определяющим ламинарный или турбулентный характер потока в граничном слое, и зависит от характера или шероховатости поверхности и градиента местного напора. В рассматриваемой схеме более сложное движение контейнера и хладагента обеспечивает большее количество степеней свободы для контроля толщины граничного слоя и градиента скорости в граничном слое. В результате в представленном устройстве обеспечена возможность максимального конвективного теплообмена без образования льда или "сгущеной кашицы", являющегося препятствием для быстрого охлаждения в известных устройствах. Другая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить торговый автомат, содержащий описанное выше устройство. В обычном торговом автомате изолируют всю накопительную камеру. Однако изоляцию накопительной камеры, рассчитанной, например, на 400 банок, выполняют, как правило, только изоляционным пеноматериалом, теплоизоляционными матами или другими материалами, задерживающими воздух для предотвращения теплопередачи. Между тем, указанные материалы являются относительно неэффективными теплоизоляторами. Помимо торгового автомата, охлаждающего напитки исключительно по заказу пользователя, в настоящем изобретении предложен торговый автомат, в котором большинство банок или других контейнеров с напитками хранят при температуре окружающей среды и только небольшое количество, например 16 или около того, хранят при пониженной или комфортной для питья температуре. В результате камера, в которой хранятся контейнеры при пониженной температуре, может быть изолирована более эффективными средствами, например при помощи вакуумных изолирующих панелей. При этом указанное охлаждающее устройство расположено между накопительной камерой с температурой окружающей среды и охлаждаемой накопительной камерой. Использование двух зон хранения значительно снижает суммарное потребление энергии и номинальную мощность, требуемую для устройства быстрого охлаждения. В охлаждаемой накопительной камере может быть предусмотрено дополнительное охлаждение низкого уровня для поддержания необходимой температуры, причем потребление энергии для поддержания такой температуры в вакуумно-изолированной камере небольшой вместимости значительно ниже,чем в обычных аппаратах. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Охлаждающее устройство, содержащее камеру для приема охлаждаемого продукта, вращающее приспособление для обеспечения вращения продукта, введенного в указанную камеру, и приспособление для подачи хладагента, обеспечивающего подачу хладагента в камеру, причем вращающее приспособление выполнено с возможностью вращения продукта вокруг двух параллельных несовпадающих одна с другой осей. 2. Устройство по п.1, в котором одна из указанных осей является осью продукта. 3. Устройство по п.1 или 2, в котором вращающее приспособление выполнено с возможностью вращения продукта со скоростью 90 об/мин или более, предпочтительнее со скоростью по меньшей мере около 180 об/мин и еще более предпочтительно со скоростью по меньшей мере около 360 об/мин. 4. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором хладагент является охлаждающей текущей средой и приспособление для подачи охлаждающей текущей среды выполнено с возможностью подачи потока охлаждающей текущей среды в камеру. 5. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором охлаждающая текущая среда подается в камеру при температуре -10C или ниже, предпочтительнее при температуре -14C или ниже и еще более предпочтительно при температуре -16C или ниже. 6. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором вращающее приспособление выполнено с возможностью обеспечения импульсного или прерывистого вращения продукта в течение заданного периода времени. 7. Торговый автомат, содержащий устройство по любому из пп.1-6 и приспособление для введения охлаждаемого продукта в камеру и извлечения охлажденного продукта из камеры. 8. Автомат по п.7, содержащий приспособление для хранения продукта или группы продуктов и подающее приспособление, предназначенное для отбора продукта из приспособления для хранения и последующего введения указанного продукта в камеру.