CN1019172B - 勿需电气元件的轻便自动的水碳酸化器 - Google Patents

Abstract

一种轻便的碳酸化器，包括一个内装的CO₂供应***，该***靠可自由使用的气体发生筒来工作。该***勿需电力而且是自给自足的和自动的。借助于使水碳酸化和/或使水推进的试剂之间的化学反应而产生CO₂气体。每当碳酸化水被吸出时，试剂就进行反应并生成更多的CO₂，以便维持碳酸化水的恒定压力。

Description

本申请与申请人于同一日提交的名称为“包装简易灵活、可控、中压CO₂气体供应源”的、同在审理中的美国申请有关。

本发明是一个勿需电气元件的碳酸化器组件，它包括一个CO₂气体发生器筒，借助于化学反应产生气体。

在带有传统的CO₂气罐的联合装置中，水碳酸化器包括一个***，该***是那些用糖汁和水生产精制的充碳酸气饮料的饮料配制器的主要部分。传统的碳酸化器***需要复杂的控制，一来保证恰当的碳酸饱和度，二来在配制时提供一个恒定的水压。当吸水时，后者对于正确控制水-糖汁配制比和提供恒定的碳酸饱和度是必不可少的。此外，传统的CO₂供应源包括笨重的高压CO₂气罐（这些气罐当然是能重复利用的、可反复充气的密封装置），使用不便，还需要有压力控制和安全装置。

在家庭配制中，非增压或低压式CO₂密封装置是很重要的，因为它通过正常销售渠道而简化了配给过程，而且为非专业使用者提供了较大的方便。另外，用于家庭配制的碳酸化器的一种简便结构应当是轻便，能在用户的洗涤槽中充满，充满后再放回到配制器中。家用配制器实际上是一种简单装置，极少控制，将来，有些还可以装配在冰箱中，勿需单独冷却。这又意味着碳酸化过程的简单机械控制是必要的。然 而，用于配制目的的实际碳酸化作用和气体的生成都应当自动地发生，使用者极少操作。否则，简单性和成本效应的优点将被缺乏必需的方便性所抵消。

因为，本发明的首要目的是提供一种不用电的碳酸化器组件，它使水碳酸化，并将水推进到配制器中的某一位置，在此位置处，借助于多种试剂之间的化学反应所放出的CO₂气体提供的能量，使水与浓缩物混合。

本发明的另一个目的是提供一种碳酸化器组件，它以基本恒定的压力传送碳酸化了的水。

本发明的这些目的是这样实现的，应用一种物质如碳酸氢钠，使它与一种酸如柠檬酸或磷酸相接触，释放出CO₂。这两种组分可以以粉末形式混合，这样，当加入水时，便产生CO₂。另一种方法是，将一种组分或两种组分都制成水溶液，当两种溶液混合在一起时，便生成气体。一种合适的CO₂气体发生器的细节也在前面提到的申请人的同在审理中的申请中作了充分地描述。

化学法产生CO₂气体是普通常识。利用这种生成气体的方式使水碳酸化到一个预定程度的装置也是公知的。由于它们往往涉及使用者不能接受的一些操作，所以，大多数是不方便的。它们也不能用来取代装在饮料配制器中的传统的碳酸化器/CO₂气罐***，因为一旦吸水供给配制器时，它们没有在碳酸化器中保持恒定压力的装置。

本发明提出的***，能使碳酸化器的结构轻便，完全具有内装的CO₂供给***，该***靠可自由使用的气体发生筒来工作。该***不需电气连接，而且是自给自足的和自动的。它只要求使用者极少量的操作即可，仅仅需要使用者充满碳酸化器，***筒并盖上筒盖和碳酸化器盖。然而，只要碳酸化器被密闭，它便开始使水碳酸化，以达到恰当的程度，而且，只要一吸水，它就进行化学反应生成更多的CO₂，以便使压力保持恒定。

通过下面的详细阐述，本发明的进一步的适用范围将是显而易见的。然而，应当明白，由于熟练的技术人员根据详细说明可以清楚地了解本发明的精神和范围内的各种变型和修改，因此，在描述本发明的最佳实施例的同时，仅以图示的方式给出了本发明的详细说明和具体方案。

从下文给出的详细阐述及所附各图可以更充分地理解本发明，并仅就这些附图给以说明，然而本发明并不因此而受到限制。这些图是：

图1是本发明的碳酸化器组件的第一实施例的部件分解图;

图1A是图1所示各件总装后的组件的透视图;

图1B是沿图1的X-Y线的剖面图;

图1C是沿图1的P-Q线的剖面图;

图1D是图1组件的包含有阀V₃、V₄的那一区域的局部垂直剖面图;

图1E是沿图1D的A-A线的剖面图;

图2A-2C是本发明的另一些实施例;

图3A和3B表示了用在本发明的碳酸化器组件上的气体发生筒的结构;

图4是零部件水平布置的碳酸化器组件的另一实施例的剖面图;

图5A和图5B表示图4的碳酸化器组件是如何装在家用冰箱的门里的。

以图1和图1A至1E为例来说明基本原理。

该碳酸化器由一个盖20，一个主体22，一个中间部件24（它具有压力调整“记忆装置”和内部通道）和一个基座26组成，CO₂发生筒即装在此基座中。图1中，按工艺流程图以“部件分解”图的形式分别示出了这三部分，以简化说明。具体的方案中示出的CO₂发生筒28有两个分开的部分。这两部分的每一部分在钻了孔的外壳中都具有碳酸氢钠和柠檬酸（或其它合适的固体酸）的混合物的颗粒。这两部分之间有一气隙，且一个安装在另一个之上。在较低的那一部分上，试剂R_c具有恰当的比例，用来确保所需的水碳酸饱和度。在上面那一部分上，试剂R_p的配比在维持所需压力的同时还应提供足够量的推进气体，并将碳酸化器里面的全部东西移至配制点。

主体包括一个容纳碳酸化水的大室W和两个容纳试剂水的小室A和B。当这些水在碳酸化器中达到一个适当的水平面时，三个室同时被充满。简单地向下拧盖20，将主容器的顶部封住，一旦盖被拧牢，就封住了彼此隔开并也与W隔开的室A和B。

此外，盖向下压在弹簧杆30上（图1B），一旦盖完全盖死，弹簧杆就滑进主体的壁里面并打开阀V₁和V₂。三通阀V₃对孔3（通到室24顶部）来说是常开的，用弹簧压力来保证这一常开位置。当盖盖上时，也能在主体壁里面上下滑动的第三垂直杆30卡入一个棘轮里（图1D），一旦阀3置于另一位置，杆就防止弹簧使阀V₃复位。在运行过程中，使用者可以这样改变阀 V₃的位置，只有当盖被拿掉时，它才弹回到其正常位置。

基座部分26可以从中间部分24上拧下来，以便使带有试剂R_c和R_p的筒28能够放入。使用者在关闭主室W的盖20之前把筒28放进去。

上述***可由模压塑料部件构成，部件上具有为所示的各种流体及三个阀推动杆而设的内部通道。三个阀V₂、V₃、V₄由简单的旋塞构成，并被放入也包容室C的、中间壳体的侧面上的预制孔中。

本***运行过程如下：盖一盖上，阀V₁就打开，室A中的水排入室D，淹没试剂筒28的较低部分R_c。同时，室B中的水流入室C。试剂R_c通过扩散器32逐渐释放CO₂，以使室W中的水达到所需的碳酸饱和度。在碳酸化一个过程终了时，室C里的压头等于室D中的压头，而且整个***此时达到压力平衡。

或在碳酸化时或在碳酸化循环终了时，均可将碳酸化器放入配制器中。一个简单的、自我密封的推入式连接器，以其基座装配到配制器上。配制开始时，使用者只需简单地把阀V₃置于配制位置。从此时刻起，每当水被从碳酸化器中吸出时，其内的压力就要下降，室D中的压力也下降，此时，由于室C的压力较高，水就从室C进入室D。水浸没筒R_p并产生CO₂，直到室W和D中的压力与室C中的基准压力达到平衡为止。当压力达到平衡之后，水被推回室W，反应停止。只要室W中的压力降至低于室C中的基准压力，就自己重复上述过程。此基准压力起压力“记忆装置”的作用，在碳酸化过程完成之后，这个压力“记忆装置”由***自己设定。

这些基本原理能适用于各种不同的型式。图2A，2B和2C给出了另外一些实例。

图2A中，水从室W流到碳酸化室D_c。一个球浮子34防止该室充得过满。合成反应使水在室W内碳酸化。此外，CO₂流入压力基准室C，当碳酸化过程完成且需要推进的CO₂时，使用者打开控制阀36，此时水从室C进入第二反应室D_p并产生CO₂，直到W和D_p中的压力同C中的压力平衡时为止。这时水返回到室C，反应停止。W中的压力一下降即重复上述过程。

图2B中，水从室W流入反应室D，也进入压力基准室C，室C构成一个围绕室D的外环。球浮子34防止室D和室C充得过满。碳酸化作用发生，形成压力C且W、C和D扩展到压力控制阀36，水从室C流入D。然后，水流回到C且反应停止。W中压力一下降就自动重复上述过程。

图2c中，水从W同时流入C和D，球浮子34防止充得过满。碳酸化之后，使用者打开控制阀36，水通过一个小孔流入试剂室D并直接触及推进试剂R_p。一旦D中的压力与C中的压力达到平衡，水流就停止，反应也停止。室D中的水平面逐渐升高直到全部试剂R_p耗尽。

所有上述装置都能很容易地装入冰箱之中，这是由于它们不需任何电气连接，并且是自给自足的、紧凑的整体。然而，在某些情况下，水平式罐体更容易安装在冰箱的门中。图3A、3B和图4示出了采用了已经描述过的原理的这样一个***。

在图3A和图3B中，先示出了一个合适的气体发生筒40。该筒40包括一个模压塑料壳42。其顶部填充有碳酸氢盐颗粒44，中部具有碳酸氢盐和粉末状的酸46的混合物的颗粒，下部含有液态酸48。顶部与底部由一个管50相连，该管的底部用薄片52密封，而其顶部用滤纸54密封。筒40的顶部和底部用密封薄片56封闭。

图4是一个碳酸化器罐的剖面图。拿去盖1并向罐中充水直到一个预定的标记。水一达到所需要的水位，试剂水罐14也就同时被充满。当盖1盖上时，试剂水罐的顶部被封住。同时，借助于盖1施加在一个弹簧阀致动器上的压力将阀4打开。然而，由于受到第二个阀5的限制，试剂罐中的水现在还不能流出。拿去盖2并将气体发生筒40放入。由于受一个O型环6所限制，筒40达不到其最低位置。当盖2盖上时，筒的顶部薄片56被刺穿，迫使筒达到其最低位置。在其最低位置，筒40贴着O形环7而封住其基座9;贴着密封装置8而封住其顶部10。一个弹簧波纹管13***筒的基座中，把酸排到顶部。波纹管中间的销钉11穿过薄片52打开通向顶部的通道。

当盖2完全盖死时，阀5自动打开，水从试剂水室流入筒的碳酸化试剂区12。释放CO₂气体并流向喷射管60，使水碳酸化到由化学物质的量所预定的程度。

弹簧波纹管13迫使酸与碳酸氢盐接触，这样也产生CO₂，增加了罐的上部空间的压力。一旦上部空间的压力与波纹管中的弹簧压力达到平衡，弹簧就收缩，酸返回到下室，反应停止。此后，每当碳酸化器中的水被吸出且顶部压力下降时，就自己重复上述过程。

图5A和图5B是卧式碳酸化器罐在冰箱中的一种 典型安装图。该罐目前可连到冰箱里面或外面的一个配制点。

上述原理也适用于立式碳酸化器。它们还用图解说明了替代固体酸的液体酸是怎样来使用的，以及一个外部固定压力基准是如何用来取代如图1和图2所述的自生的内部基准的。外部压力基准可以凭借弹簧压力（如上所述）、气垫、膜片、活塞或者其他一些类似的施压装置。

至此，已经对本发明作了描述，很显然，本发明可以以多种方式变化。这样的变型不认为是背离了本发明的精神和范围。技术熟练人员的所有那些显而易见的修改都是在下列权利要求所规定的范围之内。

Claims (6)

1、一种碳酸化器，其特征在于：

带有加工在其内部的第一(A)和第二(B)相邻试剂水室的水容器(W)，

同时充填所述水容器(W)和所述第一(A)和第二(B)试剂水室的装置，

密封所述水容器(W)和所述第一(A)和第二(B)试剂水室的装置(20)，

位于其碳酸化部分(D)之内的在第一和第二阶段产生CO₂的气体的气体发生装置(28)，

为所述第一试剂水室(A)和所述气体发生装置(28)提供可选择的流体通道的第一阀件(V₁)，其中所述第一阀件(V₁)的致动将试剂水从所述第一试剂水室(A)引入所述气体发生装置(28)，从而产生所述第一阶段的CO₂气体，

将所述第一阶段的CO₂气体从所述气体发生装置(28)引入所述水容器(W)从而将其内的水碳酸化的装置(32)，

一个维持所述水容器(W)内顶部空间预定压力的压力调节装置(24)，所述压力调节装置包括一个水腔(C)，

为所述第二试剂水室(B)和所述压力调节装置(24)的水腔(C)提供可选择的流体通道的第二阀件(V₂)，其中所述第二阀件(V₂)的致动将试剂水从所述第二试剂水室(B)引入所述水腔(C)，

为所述水腔(C)和所述气体发生装置(28)提供可选择的流体通道的第三阀件(V₃)，所以在所述水容器(W)内水的碳酸化之后，所述第三阀件(V₃)可动作而将水从所述水腔(C)引入所述气体发生装置(28)，从而产生第二阶段的CO₂气体，和

只有当至少一部分相应的碳酸化水从所述水容器(W)排出后可选择地将至少一部分第二阶段的CO₂气体引入所述水容器(W)顶部空间的第四个阀件(V₄)，从而使所述水容器的(W)的顶部空间压力与第二阶段的CO₂气体压力达到平衡。

2、根据权利要求1所述的碳酸化器，其特征在于所述气体发生装置（28）包括一个筒，带有用于产生所述第一阶段CO₂气体的第一反应物（R_c）和用于产生所述第二阶段CO₂气体的第二反应物（R_p），所述第一（R_c）和第二（R_p）反应物由一气隙隔开。

3、根据权利要求2所述的碳酸化器，其特征在于所述第一（R_c）和第二（R_p）反应物包括碳酸氢盐和粉状酸。

4、根据权利要求1所述的碳酸化器，其特征在于所述同时充填的装置包括一个加工在所述碳酸化器顶部的开口，并且用于密封的所述装置包括一个可固定在所述开口上的带螺纹的盖（20）。

5、根据权利要求4所述的碳酸化器，其特征在于所述第一（V₁）和第二（V₂）阀件的可选择的致动包括所述盖（20）在所述开口上的固定，所述第一（V₁）和第二（V₂）阀件各包括一个弹簧件（30），当使用所述盖（20）时该弹簧件压缩，当移去所述盖时弹簧件释放。

6、根据权利要求1所述的碳酸化器，其特征在于将所述第一阶段CO₂气体引入所述水容器（W）的所述装置包括至少一个CO₂扩散器（32），它位于所述水容器（W）的内部底板上并与所述气体发生装置（28）可通流体。

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