CN1048650A - 无马达的连续碳酸化装置 - Google Patents

Abstract

无马达的连续碳酸化装置，包括双作用活塞式水 泵，泵由以碳酸气为动力的双作用活塞式气体泵送致 动器驱动。连杆将泵活塞与致动器活塞连接，连杆有 操纵搬扭开关的装置。开关控制分别与泵和致动器 相连的电磁阀，以调节水和碳酸气(一般为CO₂)的 流量，并将不充气水和CO₂送往半渗透膜碳酸化 器。起初提供泵送力的CO₂气随后送至碳酸化器， 由此被水吸收形成充碳酸气的水，接着充气水被送往 分配装置，如地球上或微重力环境下用的后混合饮料 分配装置。

Description

本发明一般地说是涉及与后混合饮料分配***相连的碳酸化装置，更具体地说是涉及向碳酸化器送水的气动驱动泵送***。

已知各种类型的用于后混合配制***或微重力分配装置制取和分配充碳酸气水（或简称汽水）的装置。

这类装置通学分为两类：一类是马达驱动的泵送式碳酸化装置;另一类则包括无马达的，即气动驱动的泵送驱动装置。在马达驱动的碳酸化装置中，碳酸化器罐中的水与来自加压气源的二氧化碳气混合。检测罐中的水位，根据测得的水位，按照是否需要向罐输送未充碳酸气的，即“不充气体水”来起动或断开泵马达。在另一方面，无马达的输送***常常使用气泵。在这种装置中，泵包括一个单作用或双作用活塞，活塞往复运动，根据碳酸化器罐中的水位高低将水泵入碳酸化器。随后，充碳酸气水被送至配量阀，在那里与计量过的一定量的浓缩饮料或糖浆混合制成充碳酸气的饮料。

本发明的一个目的是提供一种改进的制备和分配充碳酸气水的装置;

本发明的另一个目的是提供一种改进的将充碳酸气水配入后混合饮料分配装置中的装置;

本发明的再一个目的是提供一种用于后混合饮料分配装置的、改进的、无动马达的碳酸化装置;

本发明的又一个目的是提供一种供充碳酸气饮料分配装置使用的 改进的、碳酸化装置，此装置利用了气动驱动水泵;

本发明还有一个目的是提供一种用于碳酸化装置中的气动驱动水泵，这种水泵利用碳酸气作为泵的动力源;

本发明再有一个目的是提供一种无马达的气动驱动碳酸化装置，这种碳酸化装置向大气中只排出少量或不排出气体。

本发明的上述及其它一些目的是通过无马达的连续碳酸化装置得以实现的，该碳酸化装置包括一个双作用水泵，该水泵，该水泵与双作用二氧化碳（CO₂）气驱动的泵送致动器相连并由其驱动。一根连杆将致动器与水泵连接在一起，连杆上有一个用于操纵搬扭开关的装置。搬扭开关用于控制一对分别与水泵和致动器相连的电磁阀以控制水和二氧化碳气的流动，并将不充气水送到半渗透膜碳酸化器。起初提供泵送力的二氧化碳气接着被输送到碳酸化器，在那里水与二氧化碳气混合并送至后混合分配装置，该装置可用于地球上或微重力环境下。

结合相应的附图，参照下文的详细说明就会更完整地理解本发明，其中：

图1是本发明最佳实施例的机械示意图;

图2是为更好地理解本发明而绘制的实施例的部分机械示意图。

参照附图，特别是图1。数字10表示双作用活塞式水泵，数字12表示双作用活塞式气体驱动的泵送致动器。水泵10包括一个较大的活塞14，它与致动器12中的较小活塞16用刚性连杆18连接在一起。

水泵10还包括一对泵腔20和24，它们位于圆柱形外壳24内的活塞14的两侧。水，即未充碳酸气的水经过一对输入口26和 28送入泵腔20和22，输入口26和28通过一对单向阀32和34与供水管30相连。在泵腔20和22的另一侧设有一对输出口36和38，它们通过输出管42和44与三通流体电磁阀40的两个输入口相接，阀的两个输入***替地与一个单一的输出口相连。

泵送致动器12由一个圆柱形壳体42组成，壳体内装有活塞16，活塞16将其分成两个气体腔室45和46。碳酸气，如二氧化碳气例如以132磅/平方英寸的压力交替地压入两腔室中，然后以减低的压力，例如以33磅/平方英寸的压力经一对共用的输入-输出口48和50从腔室中流出。输入-输出口48和50又经一对气体管道54和60与四通流体电磁阀52相连。阀52包括可交替地交叉连接在一起的两对接口。

两个电磁阀40和52通过搬扭开关58交替地改变流体流动的方向，开关58是根据连杆18的往复运动而动作的。如图1所示，机械叉60借助于连杆18的凸出部分64前后移动，以控制搬扭开关的手柄62。

二氧化碳气从气源，例如从气瓶（未示出）经过气体调压阀66送入阀52和第二调压阀68。例如将调压阀66的压力调定在132磅/平方英寸（PSIG），将调压阀68的压力调定在31磅/平方英寸。如图所示，气体输入管70将二氧化碳气通至调压阀66，两个输出支管72和74分别将调压阀66与电磁阀52和调压阀68的入口相连。电磁阀52的出口和低压调压阀68的出口通常与输送管路76相连，管路76又与气体蓄能器78和输送管79相连，管路79通至碳酸化器80。例如将压力调至为35磅/平方英寸的减压阀82通过支管84与蓄能器78相连，蓄能器78 的设定压力为33磅/平方英寸。

如图1所示，水泵出口经三通阀40与冷却装置中的预冷蛇形管86相连，该冷却装置包括一个水槽88，槽中装有碳酸化器80。

碳酸化器80包括一个半渗透膜碳酸化组件81，该组件由一组空心的半渗透膜纤维板90组成。半渗透膜纤维板90安装在一对支承件92和94之间，以便在支承件两侧形成一对二氧化碳气室96和98，二氧化碳气经位于其输入管79一端的输入口100送至右腔室98，输入管79连接在蓄能器78和碳酸化器80之间。

来自蛇形管86的预冷却水经输入口87送入碳酸化器80的壳体中，预冷却水在碳酸化器壳体中围绕并穿过半渗透膜纤维板90流至出口95，出口95与二氧化碳气室96和98由支承件92和994隔开。

输出管101将充碳酸气水从半渗透膜碳酸化器80送至后混合配量头102，在那里来自碳酸化器的充碳酸气与计量的浓缩饮料或糖浆（未示出）相混合。触动控制杆108时，混合后的饮料即从喷嘴104分送到容器106中。

下面研究本发明的工作过程：如果将10.5立方英寸的二氧化碳气在压力132磅/平方英寸和温度60°F下溶入21立方英寸的水中，水将含有5个体积的饱和碳酸。假定活塞14的面积是活塞16的两倍，即分别为12平方英寸和6平方英寸，这种***将量出相应的双作用机构10和12每个行程的水和二氧化碳的量。

参照图1，在电磁阀52处于图示位置的情况下，例如以132磅/平方英寸加压的二氧化碳气从调压器66通至左活塞室45，由此形成了向右驱动的力，将右腔室46中的二氧化碳气压入输出管路 56，进而使之流入输出管路76。与此同时，先前吸入泵10活塞腔22中的不充气水被挤出出口38。进入水管44，然后经单向阀43通过三通电磁阀40流入预冷却蛇形管86。随着相连两个活塞14和16向右移动，水通过单向阀32以可能低至0的压力吸入左泵腔20。当活塞14和16接近其行程的左端时，靠近连杆18的机械叉60驱动搬扭开关手柄62，使开关58动作，使流过电磁阀40和52的流体换向。

随后，如图2所示，加压气体被送入泵送致动器12的右腔室46，推动活塞16与水泵10的活塞14一起向左移动。如图所示，这一动作将左腔室45中的二氧化碳气和左泵送腔室20中的水压出，同时将水吸入右腔室22。当活塞14和16接近行程的左端时，带有搬扭开关58的开关机构又使电磁阀40和52换向，如此重复循环。

触动手柄108，位于配量头102上的分配阀打开多久，这个动作就进行多久。然而，当分配阀关闭，***达到静平衡状态，活塞14和16就停止往复运动，直至分配阀重新打开为止。

被泵送的不充气水通过冷却蛇形管86流入半渗透膜组件，当其通过位于碳酸化器壳体内的半渗透膜纤维板90时被充入碳酸气。含在碳酸化器纤维板90中的二氧化碳会通过纤维板壁，而水不能通过。只要纤维板外面的水压大于或等于纤维板90内二氧化碳气的压力，二氧化碳气就会直接溶于水中，而不会形成气泡。水吸收二氧化碳气的最大值是水的温度和二氧化碳气的压力的函数，而与水的压力无关。

蓄能器78以较恒定的压力将二氧化碳气通至充气室98和纤维 板90内。应当注意：蓄能器78应大到足以吸收电磁阀52每次换向后出现的压力峰值。因此，蓄能器78内的压力将维持在例如31至35磅/平方英寸之间。例如水在温度35°F、二氧化碳在31磅/平方英寸的压力条件下，理论上将产生5个体积的绝对饱和碳酸。

如果压力降低到低于31磅/平方英寸，那么经输送管76与蓄能器78相连且压力调到例如31磅/平方英寸的调压阀68，将从气源调压阀66的出口提供多余的二氧化碳气，使蓄能器78内的压力恢复至31磅/平方英寸。过高的压力将通过减压阀82释放掉。通过精细调节调压阀68和减压阀82，可使碳酸化器工作时只有很少量或者没有二氧化碳气泄入到大气中去。

上面已就本发明的最佳实施例作了描述，但应当指出：这只是一种示例，而不是对本发明的限制。因此，权利要求书中所述的所有变形、变化和改型都属于本发明的精神和范围。

Claims (16)

1、一种用于充碳酸气饮料分配装置的无马达的碳酸化装置，包括：

一个双作用水泵，它有一对由往复泵送元件分开的泵腔，

交替地将不充气水输入和输出所述泵腔的装置，

一个双作用的气动泵送致动器，它包括一对由往复运动的致动元件隔开的气体腔室，该致动元件由所述气体腔室中形成的压差来驱动，

以高压和低压交替地向所述气体腔室输入和输出碳酸气的装置，

将所述泵中的往复泵送元件与所述泵的送致动器由的往复致动元件机械连接在一起的机械连接装置，

一个碳酸化器，它包括多个空心的半渗透膜纤维板，这些纤维板位于壳体中并与从所述气体腔室排出的低压碳酸气相接触，该壳体具有不充气水的输入口和充碳酸气水的输出口，在壳体中，所述碳酸气通过所述半渗透膜纤维板溶入从泵流入所述入口的不充气水中，形成充碳酸气水并送至所述输出口，

与所述碳酸化器输出口相连的、将充碳酸气水送至所述饮料分配装置的装置。

2、按照权利要求1所述的碳酸化装置，其特征在于将不充气水输入和输出所述泵腔的装置包括位于所述泵腔中的相应的输入口和输出口。

3、按照权利要求2所述的碳酸化装置，其特征在于还包括一对分别连接在不充气水源和所述输入口之间的单向阀。

4、按照权利要求2所述的碳酸化装置，其特征在于还包括一个响应所述机械连接装置的往复运动而动作的三通流体阀，该流体阀包括一对输入口，他们分别与所述泵腔的输出口和交替地接在所述阀的输入口和所述碳酸化器的不充气水的输入口之间单一的输出口相连。

5、按照权利要求4所述的碳酸化装置，其特征还包括位于所述三通流体阀和向所述分配装置输送充碳酸气水的所述装置之间的水冷却装置。

6、按照权利要求5所述的碳酸化装置，其特征在于所述的冷却装置包括一个冷却蛇形管，该蛇形管连接在所述三通流体阀的所述单一输出口和所述碳酸化器的不充气水的输入口之间，此外还包括冷却所述蛇形管的装置。

7、按照权利要求6所述的碳酸化装置，其特征在于所述的冷却装置还包括一个水槽，所述水槽中装有所述冷却蛇形管和所述碳酸化器。

8、按照权利要求1所述的碳酸化装置，其特征在于向所述气体腔室输入和输出碳酸气的装置包括一个位于每一个所述气体腔室中的共用的输入-输出口，还包括一个由所述机械连接装置的往复运动来驱动的四通流体阀，所述的阀有一个单一的输入阀口、一个单一的输出阀口和一对交替地连接在所述输入阀口和输出阀口之间的输入-输出阀口，其中所述的一对输入-输出阀口与相应的共用的输入-输出腔口相连，所述的输入阀口还与碳酸气源相连，所述的输出阀口与多个所述的碳酸化器的半渗透膜纤维板相接。

9、按照权利要求8所述的碳酸化装置，其特征在于还包括用于接收所述泵送致动器排出的低压气体的气体蓄能器，该蓄能器连接在所述流体四通阀的输出阀口和所述碳酸化器的多个半渗透膜纤维板之间。

10、按照权利要求9所述的碳酸化装置，其特征在于还包括当蓄能器的压力降至低于预定值时，用于从所述碳酸气源输送酸气的装置。

11、按照权利要求9所述的碳酸化装置，其特征在于还包括当所述蓄能器的内部压力超过预定值时，用于释放蓄能器压力的装置。

12、按照权利要求1所述的碳酸化装置，其特征在于交替地向所述泵腔输入和输出不充气水的装置包括位于两个所述泵腔内的分开的输入口和输出口，交替地向所述气体腔室输入和输出碳酸气的装置包括位于两个所述气体腔室内的共用的输入-输出口，

还包括一个三通流体阀，该阀有一个单一的输出口和一对交替地与所述输出口相连的输入口，所述的一对输入口分别与所述泵腔的输出口相连，所述的输出口与所述碳酸化器的不充气水的输入口相连，

一个四通流体阀，它有一个单一的输入口，一个单一的输出口、和一对交替地连接在其所述输入口和输出口之间的输入-输出口，所述的一对输入-输出口分别与所述气体腔室的共用输入-输出口相连，所述的单一输入口与所述的碳酸气源相连，所述的输出口与所述的碳酸化器的多个空心的半渗透膜纤维板相连接，

响应于所述泵送元件和致动元件的往复运动，用于在第一和第二工作位置之间交替地驱动两个所述流体阀的装置。

13、按照权利要求12所述的碳酸化装置，其特征在于所述的驱动流体阀的装置包括一个开关装置，该开关装置由机械连接所述往复运动泵送元件和所述致动元件的装置来操纵。

14、按照权利要求13所述的碳酸化装置，其特征在于还包括一个连接在所述流体四通阀的输出口和所述碳酸化器的多个半渗透膜纤维板之间的气体蓄能器。

15、按照权利要求14所述的碳酸化装置，其特征在于还包括一个调压阀，当所述蓄能器的压力降至预定的最小值时，用于从所述的碳酸气源向蓄能器供气。

16、按照权利要求15所述的碳酸化装置，其特征在于还包括当所述蓄能器内的压力超过预定值时，用于释放其压力的装置。

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