液體處理的製作方法

2023-06-05 08:57:41 2

專利名稱:液體處理的製作方法
本發明涉及液體的處理，更具體地說本發明涉及使水碳酸化和/或配製有味道的飲料特別是碳酸化飲料的設備及方法。
已知使水碳酸化的方法有二類。第一類是將二氧化碳氣體噴射於欲充以低壓二氧化碳的水中。以使二氧化碳形成氣泡而通過水層浮到水面時，使氣泡中的二氧化碳被水所吸收。這方法已廣泛地被採用，例如家庭中所用的小型碳酸化設備，就是應用這方法的很普通的操作，用以配製足夠一個人一次飲用的碳酸化飲料。採用這種噴射法碳酸化的設備的實例可見於英國專利No，412，849(Schwendimann)和美國專利No，2，826，401(Peters)中。Schwendimann和Peters二者均用可以旋轉的噴射器，並在其底部末端安裝有橫向的構件，以資協助二氧化碳和水的混合。噴射法碳酸化的主要問題只在高壓下才能有比較好的效果，因此，容器需保持在較高的壓力情況下進行碳酸化反應。例如代表性的容器壓力可達表壓170磅/平方英寸(11.6巴)。
已知的第二類方法中為達到碳酸化的目的包括在二氧化碳的氣氛中噴灑水或把水霧化。在這類方法中，碳酸化室予先充滿了二氧化碳氣體，用噴灑法把水引入室中。另一方法是當碳酸化室部分裝入水後，將水向上抽起而噴灑於所述室內水面上的二氧化碳的氣氛中。在這種方法中二氧化碳是溶解於噴灑的水滴中，而水滴則攜帶著處於溶解形式的二氧化碳進入水體之中而產生碳酸化的水，用此法實現碳酸化的典型建議在美國專利2，306，714(Rowell)和美國專利2，391，003(Bowman)中公開過。這些方法中的主要問題與前述相同需要向碳酸化室施加相對地高的氣壓。同時，這些反應也進行地較慢，要想達到足夠碳酸化的程度，是需要相當長的時間的。
因此，本發明的目的之一，在於提供一項改進碳酸化的方法和設備。
按照本發明的一個方面是提供碳酸化的方法，在該方法中所述碳酸化室是部分裝水的，在這水面上的其餘空間提供著二氧化碳的氣氛，所述方法包括連續地或反覆地把氣體從所述氣氛中壓進水中。
在本發明的另一方面提供了碳酸化的設備，所述的設備包括一個碳酸化室適合於在該室中部分地裝水，並於室中水面之上，包括含有二氧化碳的氣氛。並配備能連續地或反覆地把氣體從所述氣氛中壓進所述水中的設施。
本發明的其他另一方面，提供了碳酸化的設備，所述設備包括一個碳酸化室，，在該室中適合於部分裝水，並於室中所述水面之上的空間是充滿了包括二氧化碳的氣氛，還包括一可移動的構件，最好是可轉動的構件，在操作中可在所述氣氛和所述水之間反覆地移動以便造成所述氣氛中氣體向下移動而進入所述的水中去。
按照本發明又另裝一個方面提供了碳酸化設備，所述設備包括一個碳酸化室，在該室中適合於部分裝水，而在水面上部空間包括著含有二氧化碳的氣氛，同時還包括一構件，所述構件為可繞一非垂直軸轉動轉動的構件，並具有多個葉片。所述轉動軸以水平轉動軸為最好。
已發現可按上述本發明所定義的優選方面，在不需採用高壓的情況下，也可以實現碳酸化。典型的，採用的壓力約為表壓100磅/平方英寸(6.8巴)已是足夠的，甚至可以用低壓，如降壓到60磅/平方英寸(4.1巴)。本發明尤其適合應用於家庭的設備中，其中碳酸化室容量，即每次所裝的碳酸化水量是足夠供一個人飲用一次的量。
專利申請人承認美國專利3，044，878(Knedlik)公開了一種為製造半冰凍飲料的設備，這專利的圖案中所顯示的設備，包括一圓柱形室，並按其水平軸方向進行安裝。將已與調味濃縮物預先混合的水與二氧化碳，送進室中，基本裝滿該室，並使室內的液體溫度保持在冰點以下，為了防止形成冰粒，在所述室內安裝著一部轉動軸水平放置的、並具有葉片的轉子，所述轉子的轉軸由所述的圓柱形室的一端伸展到其另一端，其葉片伸展到靠近所述圓柱形室的圓柱形內壁的位置。驅動轉子以給予液體強烈而連續的攪拌，由於液體裝滿所述的室，轉子也是從室內的一端基本上伸展到另一端，而且是伸展到靠近室內壁的位置，所以室內的液體將被掃掠並和圓柱形室內壁相接觸的。因此，在室內的水面上沒有明顯而可見到的二氧化碳氣氛，而葉片沒有起到如本發明優選形式中所述把二氧化碳壓入水中的作用。再者按Knedlik的專利當設備空轉和排出飲料時，其轉子均仍在連續的轉動，這時圓柱形室內同時為新的溶液所填滿。以便保持室內是滿裝的。在這一點上，本發明的優選形式是先把碳酸化作用停止，而後把已碳酸化的溶液排出，在這樣的情況下，將室內的液體排空，因為在排放液體時如仍在攪動則可能導致發生脫碳酸化作用。這種Knedlik設備是為商業上採用而製造的，由它可獲得連續的飲料供應;因為構造太複雜和價格高昂，而不適合供家庭應用，申請人同時還承認Knedlik聲稱二氧化碳與水可以從分別不同管道輸入室中，但即使如此進行改進，Knedlik設備中所用的轉子的功能是不會變，而在水面上是沒有明顯可見的二氧化碳氣氛。
正常情況下，碳酸化飲料是與調味濃縮物(糖漿)混合的。為此，除了在碳酸化設備中有供應碳酸化水裝置之外，還宜提供配製經選擇的調味濃縮物及將該調味濃縮物與碳酸化水進行混合的裝置。已知的配製調味濃縮物方法包括向裝有調味濃縮物的容器中供應二氧化碳，並在二氧化碳供應罐的二氧化碳壓力下，將所需量的調味濃縮物從其容器中迫向配製噴咀，並由該噴咀排入杯中，以便與碳酸化的水混合。上述美國專利2，391，003(Bowman)解釋了這個方法。這一方法的缺陷是浪費了二氧化碳。
在另一方面，本發明涉及配製調味濃縮物的改進方法。
按照本發明又另一優選方面，碳酸化設備是包括一個接收水及二氧化碳的碳酸化室和調味濃縮物配製裝置，該調味濃縮配製裝置利用經碳酸化反應後從碳酸化室放出來的氣體使該濃縮物移動，從而便於對該濃縮物的配製。最好是，將所述調味濃縮物直接從它的容器中利用從碳酸化室所放出來的氣體的壓力送入一排料噴咀。
在另一優選的方面，本發明提供了碳酸化方法及設備，其中為達到碳酸化，須對碳酸化室進行加壓，並利用碳酸化室的壓力導致調味濃縮物移動至配製噴咀。在一優選形式中，碳酸化室的上部經過一個閥門而接通到調味濃縮物容器的上部，這樣，只要開啟閥門，則調味濃縮物容器亦被加壓。
以這樣的方式，即可對調味濃縮物進行配製而又不浪費新鮮的二氧化碳，意即，直接由二氧化碳供應罐獲取的二氧化碳。
申請人:承認美國專利3，809，292(Booth)曾經公開過一種商業上採用的碳酸化設備，其中對碳酸化的飲料是連續地供應。水的碳酸化是在碳酸化室用如以上介紹的噴射法進行，水是部分裝在維持於高壓下的碳酸化室內，從此室內引出來的壓力可供給到調味濃縮物容器中，以供排放調味濃縮物之用。但是，這公開專利中，碳酸化室在碳酸化過程終了時並不減壓。因此，該專利並未曾公開過利用否則會被廢棄的二氧化碳對調味濃縮物容器進行加壓的概念。
碳酸化設備最好包括著一定數量的各自包含不同味道的調味濃縮物的容器。先有建議的設備中，所述容器是經過多個電磁開關閥門連接到供排放調味濃縮物的出口噴咀。通過激勵合適的閥門進行調味濃縮物的選擇;但這種裝置是比較昂貴的。
按照本發明的另一優選方面，調味濃縮物的選擇裝置，包括一系列閥門、人工操作的可實現選擇的活動部件、及按照所選擇部件的位置以供激勵所述閥門的機械裝置。
在一優選的形式中，所述選擇部件或其中的一部分是用作傳遞從激勵部件至選擇閥門的活動。所述激勵部件是這樣布置的，當將一隻杯子放在接領碳酸化的水和調味濃縮物的位置時，該激勵部件即進行操作以便進行飲料的配製。
在一優選形式中，碳酸化飲料的配製設備包括一個激勵部件，在動作時可以開啟第一閥門來放出碳酸化的水，同時開啟從多個閥門中選擇好的一個閥門來放出所選擇的調味濃縮物;一個可動的選擇部件用於選擇需開啟的其他閥門。在一優選形式中所述選擇部件和第一閥門的部分相連，使當第一閥門開啟時，差不多同時也開啟了其它的預先選定的閥門。
各種不同味道的調味濃縮物，一般具有不同的粘度，為此需控制配製的調味濃縮物的量。在本發明的另一個優選形式中提供的碳酸化設備，能夠從多種調味濃縮物中配製經過選擇的一種不同的調味濃縮物，配製各種調味濃縮物的裝置包括從各種調味濃縮物容器向排放點輸送相應的調味濃縮物的管道，所述的管道中至少有一個其管孔之截面積與其他的管是不同的，或者，至少其中之一補償調味濃縮物間粘度的差別。有一了這樣的安排，在確定配製的量的同時，可以利用同樣的壓力來排放每種調味濃縮物。
本發明可進一步用附圖來描述，其中圖1顯示按照本發明優選實施方案的設備的圖。
圖2顯示按圖1的箭A的方向，設備的一個部分側視圖。
圖3是一幅顯示圖1及圖2中的設備是如何進行碳酸化的圖。
圖4是顯示圖1中設備內包含的閥門部分單元的剖面圖和該閥門單元在其關閉狀態。
圖5和圖4相似，但顯示出閥門單元是在其開啟狀態。
圖6顯示圖4、圖5的閥門單元部分的頂視圖。
圖7與圖6相似;但顯示調味濃縮物的選擇器元件是在不同的位置的頂視圖。
圖8是說明包括在圖1的設備中的一個控制單元的框圖。
圖9是一張時間表，顯示在圖8中的控制單元控制下的各種操作的時間。
圖10簡略說明在圖8中的控制單元所遵循的程序的側視圖。
圖11與圖2相似，顯示圖1設備的一個改進側視圖。
圖12，是圖11按箭頭B的方向的側視圖。
圖13顯示了圖1設備的進一步的改進。
圖14說明設備的更進一步改進。
圖15按照本發明的另一實施具體方案的碳酸化設備的圖示。
圖16是通過包括在圖15的設備中的碳酸化室的剖面圖。
圖17是包括在圖15及16的設備中的轉子的透視圖。
圖18至21在四個不同位置上碳酸化室的進水閥門。
圖22顯示通過安裝在二氧化碳供應罐上的二氧化碳控制閥門裝置的一個剖面圖。
圖23是用於碳酸化室排放碳酸化的水和選擇調味濃縮物的閥門裝置的頂視圖。
圖24至25為圖23中在A-A線上的剖面圖，分別顯示閥門在關閉和開啟時的位置。
圖26是包括在圖15的設備中的電路框圖。
圖27是一張時間圖表，說明圖15至26中的裝置的操作情況。
關於圖1，碳酸化設備包括碳酸化室10，儲水箱12，二氧化碳供應罐14，調味濃縮物供應裝置16。閥門單元18，是設在室10的底部，來自室10的碳酸化的水和來自裝置16經選擇的調味濃縮物配製在杯20內。
從儲水箱12，經過繼電器S2控制的閥門V2，管道22和設在室10內部的球形閥供水至室10，室壁有一個通風孔26，通過管28連接到室10內，當向室10填充水的時候，空氣可以從該管排放出去，管道28插在室10內一段深度，即在室10填充水直至以W標記的所需水平面時，該管的底部能恰好浸沒在水面之下。
二氧化碳從供應罐14經過繼電器S1控制的閥門V1及管道30供應到碳酸化室10的上部。
氣孔26中放置球29，它是如此安排以致在向室10加壓而使水壓進管道28時，球29可將通風孔26封閉。為此目的，該球是可以向上移動，以使與位於通風孔26頂部的閥座31產生封閉性的接合。球29還這樣的安排，當將二氧化碳導入室10而使水平面降到管道28的底部下面時，在這樣的情況下在室內10進行的碳酸化反應可以完成。
攪拌器32是裝在室10的內部，可繞其水平軸轉動，由裝在室外的電動機36的軸34驅動，軸34可穿過室10的壁的開口處進入室10內，用適合的封閉物料使之很好地水密封。另外，軸34可用磁偶合的方法和電動機36相連接。
攪拌器32包括三對葉片38a、38b，40a、40b和42a、42b，其中每對中的二個葉片(如38a與38b)是在軸35上直接的彼止相對的位置上安裝的，而葉片40a與40b安裝在軸34上葉片38a與38b的左邊的位置，並與之相對間成一角度，而42a與42b則按裝在軸34上葉片38a與38b的右邊，並與之相對間成另一角度。所述的角度使六個葉片間等角分隔地圍繞在軸34上。從圖上可看到38a是伸向水平線W的上面並幾乎達到室10的頂部，而38b幾乎伸向室10的底部。在圖2中L表示當設備是處在水平位置，攪拌器停止轉動而葉片處在最高位置時，各葉片突出水平面W的那一部分的長度，D表示葉片轉動時葉片頂部所掃掠的圓圈的直徑，L至少為D的5%，D的12%以上較好。作為實現最佳碳酸化過程特別優選L是D的12%至15%。當攪拌器32轉動時，葉片從水裡向外移動進入水平面上的空間而又返回水中去。
在操作時，室10是部分裝水，達到水平面W。開啟閥門V1，使二氧化碳進入室10的水平面以上的空間中，壓力開關44可以感測室10中的氣體的壓力。一旦壓力達到所需要的水平，最好是在表壓60至140磅/平方英寸(9.6巴)，例如在表壓100磅/平方英寸(6.8巴)，繼電器被激勵而關閉V1。球形閥門24可制止水因室10內壓力而向管道22倒流，當室10內的壓力上升到所需要的值時，就驅動電動機36，使攪拌器轉動起來。典型的情況為葉片的轉動速度從500至2000轉分，最好是在1000至1500轉分範圍之內。持續轉動幾秒鐘，如5秒，此時水的碳酸化反應正在進行。碳酸化的程度可按攪拌器轉動的時間，和/或室10水面上含二氧化碳的空間中的壓力的變化而變化。
攪拌器的作用在於把水面上部空間中的氣體壓入水中去，要求壓入水中的氣體愈多愈好，而且應該進行到這樣的程度，使碳酸化的程度愈深愈好。為達到這樣的目的，如上所述，葉片的尺寸，幾乎可達到室10的頂部及底部。同時，在葉片轉動時，可將室10中處在底部的水移動到較高的水平面，從而各水平面的水能被均勻地碳酸化。另外這攪拌器可使水產生強烈的攪動，從而飛濺到二氧化碳的氣氛中使之有助於碳酸化反應，促使達到均勻碳酸化。如圖3所示，各葉片除了可以把葉片前的氣體形式的二氧化碳壓入水中之外，還可以在葉片後產生渦旋，從而可以把氣體形式的二氧化碳吸入導致把所述氣體帶到水中去。圖3還顯示出葉片轉動時所產生的流體的流線。從從圖1中可知攪拌器32是安裝在室10的一邊，從平面圖看室10的斷面以圓形為最好，以這樣的安排在室10中的攪拌器開動時水也跟著在室中轉動，可以見到不同部分的水，均會經過攪拌器而受到碳酸化的作用。
在碳酸化過程進行中，在室10水平面上的空間中二氧化碳氣體為水所吸收，而使氣體壓力下降，這將會被氣壓開關44感測到，當壓力下降到一定水平時，如下降表壓5磅/平方英寸(0.3巴)時，閥門V1又重新開啟而放入二氧化碳到室10中。
調味濃縮物的配製裝置16包括3個容器46、48、和50，各儲有不同味道的調味濃縮物，用汲取管52，54及56分別插入容器46，48及50中，調味濃縮物且幾乎直插到底部，並分別通過管道58，60及62與閥門單元18連接，以便從容器中分別輸送出調味濃縮物。容器46，48，50的上部經過管道系統64連接至室10的上部。由繼電器S2所控制的閥門V3是安裝在管道系統64中。
待室10中的碳酸化反應終了時，即開啟閥V3使容器46，48與59的上部亦能利用室10上部的氣體進行加壓。接在管道系統64上的減壓閥66，可限制46，48及50三個容器中的壓力至預定值，如2磅/平方英寸(0.1巴)。所以容器46，48及50均被加至相等的壓力，該加壓作用使容器中的調味濃縮物受到足以將調味濃縮物分別從它們的容器中進行配製的力。因各種調味濃縮物的粘度不同，汲取管55，54，56和/或管道58，60及62孔徑是預先選定以保證所需的調味濃縮物的量是可供作配製的必需量。僅僅作為實例，以可口可樂為配料，汲取管及連接管的管徑為6毫米，當用檸檬酸汁時則可用3毫米管徑，當用來配製補身劑則管徑亦可選為3毫米。
圖4～7中已解釋過的閥門單元18的細節，它有三個功能(1)它可以降低碳酸化室10的壓力，(2)它可從容器46，48及50中的調味濃縮物中選擇需給予配製的哪一種，且配製所選擇的調味濃縮物，(3)它可以從室10內配製碳酸化的水。
用於把碳酸化室10的壓力降低的閥門單元18，包括一個排氣閥68，它是經過管道70及部分管道30而接到碳酸化室10的頂部。排氣閥68包括可活動的閥門部件68a，用彈簧把它推到上部關閉的位置上。激勵槓桿72的一端點72a與閥門部件68a樞軸連接，以便將將閥門部件68a向下推動以開啟閥門68。由此將室10上部的氣體通過管道30及70和閥門68排放到空氣中去。
激勵槓桿72包括上臂段72b和指向下的臂段72c。槓桿72是由支點72d，在介於上臂的端點中間連接在圓形中空的套筒74上，而該圓形中空的套筒是裝於室10的底部10a可供垂直滑動的孔內。圓形套筒74形成閥門供碳酸化的水從室10排放出去之用。為此目的，在該套筒的近頂部位置開了側孔74a，且具有頭76b並帶上封口76，該封口76，當套筒74是處在最低位置時，與室10的底壁10a的內壁表面相切合，以使在這種情況下水不能從室10中逸出。
當碳酸化反應完成後，室10是經加壓，而使閥門頭76緊緊地壓住室10的底壁10a內壁表面。為此，如圖4，當杆72的指向下的臂段72c按箭頭X所示方向向左移動時，槓桿72會繞支點72d而轉動，套筒74保持不動，這樣閥門68被打開;因此而降低室10內的壓力。如臂72c繼續按圖4中箭頭X的方向向前移動，可使這槓桿繞它的末端72a為支點而轉動，以使套筒74向上滑動到圖5所示的位置，這時套筒閥門74就打開而使碳酸化的水從室10內排出。激勵槓桿72的設計是使指向下臂的段72c安排成可與杯20相接合，因此如圖4及5當杯20相對於閥門單元向左邊移動時，閥門68首先開啟，套筒74為室10內的壓力所支撐而仍保持不動，之後當室10的壓力一旦降低，套筒74就會向上移動而使碳酸化的水從孔眼74a及套筒74而排放到杯20中。
閥門單元18包括三個調味濃縮物配製閥78，80及82分別與管道58，60及62相連接。閥門78，80及82基本上是同樣的結構。如圖4及5所示閥門80包括可垂直移動的閥門部件84，用彈簧86向下推到如圖4的關閉位置上。調味濃縮物選擇棒88是安裝在套筒74的下端並可繞其垂直軸而轉動。在選擇棒88的一端有按鈕或手柄90，以便實現其轉動而使其另一端92能在所選擇的閥門78，80或82之一的位置的下方。圖6顯示了棒88的終點92是在閥門80的位置的下方，而圖7則顯示它是在閥門82的位置的下方。因此，由於杆72的激勵而升起套筒74時，而可排放碳酸化的水到杯20中，所選擇的閥門78，80，或82中之一與棒88的末端92相接合，以便通過閥門部件84被提升而開啟該閥門。閥門部件84的結構與套筒74相似，它是側面有孔眼的中空體，使選定的調味濃縮物，通過選定的閥門部件84、選擇棒82中的孔眼94排放出去而流入杯20中。如上面所說的，調味濃縮物的排放是由於調味濃縮物容器的上部通以壓力所致。
為避免一種調味濃縮物和另一種調味濃縮物發生彼此間互相汙染，棒88上提供分別獨立的孔眼94以配合不同的閥門。這就需要對孔眼94與閥門78，80與82進行適當的定位。另外，孔眼94應足夠地大，以保證調味濃縮物通過孔眼94而不致於接觸其邊界，從而防止汙染。當然，在這樣的情況下，棒88接合閥門部件84的目的在於協助開啟相關的閥門。再另外，閥門部件84，可具有向下突出且通過孔眼94的噴咀，以保證孔眼94不會受汙染。
參照圖8，微型控制儀100從能源102接收能量，並具三條輸入線路分別接受來自啟動鈕104、壓力開關器4和碳酸化反應時間選擇器106的信號。微型控制儀100有電流輸出到繼電器S1和繼電器S2，到馬達36與3個指示器108，110及112，以分別指示二氧化碳的供應量較低，以使機器的操作者等待，一俟碳酸化完成後才能配製飲料。從圖8及9可看到，當按下「啟動」鈕104，接通「等街」指示器110，繼電器S2通上電流而啟動了閥門V2，這時清水就可從槽12流向碳酸化室10，與此同時閥門V3打開，但這時沒有什麼顯著的作用。控制儀100的程序安排成保持將V2打開5秒鐘，這套設備設計成能在這段時間裡，流向室10的水的流通量足以在五秒鐘內將水裝到所需要的水平面W，然後控制儀100會使繼電器S2斷電，並關上閥門V2，同樣地關上閥門V3。隨後使繼電器S1通電，而把閥門V1打開，使二氧化碳氣體進入室10的水面上的空間中。連續地用壓力開關44感測空間裡的壓力，當壓力達到所需要值如表壓100磅/平方英寸(6.5巴)控制儀100將繼電器S1斷電，從而關閉了V1，另一方面如在兩秒鐘以內壓力達不到這水平時，控制儀100也將S1斷電，閥門V1關閉，同時還將低壓氣體指示器108通上電流。控制儀100又使馬達36通電，而使室10中的水碳酸化。馬達36通電時間按照使用人對碳酸化程度的要求而定，該要求是通過確定碳酸化選擇器106來實現的。如圖9所示，碳酸化的時間一般是在2至5秒內變化。又從圖9及10中可見到，在碳酸化過程中，壓力開關44將時刻指示出室10上部因二氧化碳為水所吸收壓力下降的情況，如每減少5磅/平方英寸(0.3巴)指示一次，當發生此種情況時，閥門V1又打開，直到壓力重達需要的水平，如100磅/平方英寸，由於壓力開關44的開和關動作而致影響閥門V1的開啟和關閉在碳酸化反應的時間內會多次發生。
當選擇的碳酸化時間完成後，繼電器S2又通電，這時是為開啟閥門V3(雖然V2也開啟，但無甚作用)，因此，利用了室10的氣壓將調味濃縮物容器46，48和50加壓。閥門V3維持開啟狀態二秒鐘，然後關閉。隨之，控制儀將「即用」指示器112通上電流，從而使用者可通過閥門單元18配製飲料。
顯然，室10中所儲的水量最好是足夠供一次飲用，因此作為實例，室10的總容量可為9.5液盎司(0.27升)，將設備安排成按容積計室10的5/6供儲水，而其餘的1/6則充氣體。這樣，每次開動設備時可以配製約8液盎司的碳酸化水。但這些數據是可以變動的。
圖11與12顯示攪拌器的改進形式，在這種改進中，提供了二對葉片120a，120b和122a和122b，如圖11所示各葉片按其旋轉方向向前彎曲以協助保證有效地把氣體驅入水中。從圖12中可以看到葉片對120a及120b是位於葉片對122a，122b的旁邊。
在圖13的改進中，將皮帶124安裝於轉動輪126上，在該皮帶上還附著多個杯128。當皮帶124為輪126驅動時，杯子會收集在水平面W之上的氣體，而把氣體壓進水中，使碳酸化反應實現。
在圖14的改進中，提供往復倒置蓋罩部件130，該部件可由其在水平面W讓的實線位置移動到其在近室10底部的虛線位置。如此，當部件130垂直地上下往復運動時，可將氣體壓入水中，從而達到碳酸化的目的。
在本發明的範圍內，還有其它各種改進，例如，所述的碳酸化方法可以在與調味濃縮物配製裝置及上面曾經說明過的特定閥門單元18無關地的情況下，應用於不同形式的設備中。同樣，上面說明過的調味濃縮物配製裝置也可與其他形式的碳酸化設備及其他形式的選擇閥門裝置一起使用。上面說明過的選擇閥門裝置也可與其他形式的碳酸化設備及其他調味濃縮物供應裝置一起使用。
有關更進一步的改進實例，如可以變動操作的時間，可以安排馬達36在室10的壓力達到壓力開關44選定水平之前先通電，按這樣的改進，一旦有二氧化碳進入室10時，碳酸化就可以馬上開始。
其他的改進還包括除了圖4與5所示的裝置之外，尚可提供在排放碳酸化的水之前使室10的壓力降低的裝置。或者還可把設備結構加以改良即可在壓力下排放碳酸化水。
此外，尚可將閥門作為調節裝置而安裝在管道58，60及62上，以便控制和改變調味濃縮物的量的方法，來代替上述用不同管道孔徑進行調節的方法。
圖16所示的碳酸化裝置包括碳酸化室200，它在204處與儲水器202連接。二氧化碳供應罐206通過閥門裝置208及供氣管道210與碳酸化室200連接。碳酸化室底部裝有閥門212，以排放碳酸化的水以及選自調味濃縮物瓶214，216及218中之一的調味濃縮物。這些調味濃縮物瓶通過調味濃縮物供應管道220與閥門212連接。在碳酸化反應之後，可利用碳酸化室200的二氧化碳向調味濃縮物瓶214，216和218加壓。為此，調味濃縮物瓶214，216和218通過氣體管道222，閥門裝置208和氣體管道210與碳酸化室200連接。
碳酸化室200包含轉子224，所述轉子由圓柱體226和6個徑向葉片228組成。轉子224繞水平軸旋轉，其功能與圖1和圖3所示轉子32相同，即用作將氣體形式的二氧化碳從水平面之上的二氧化碳氣氛驅入水中，使水碳酸化。轉子224支撐在傳動軸225上，該軸是由設在碳酸化室200外的馬達230驅動的。碳酸化室200中還有閥門232，用於控制從儲水器202輸送到碳酸化室200的水流量。在圖16中，閥門232處於全關閉位置，假定碳酸化室200充水至水平W處並利用供應罐206中的二氧化碳碳加壓，以便為碳酸化反應作準備。密封圈233防止水從軸225漏出。圖16所示的L和D表明與圖2中所示的具有同樣特點，並且具有相同的關係。
閥門232由與圓筒形軸套236緊配合、但可以進行相對運動的圓筒形套筒234，盤形閥體238和向下伸出的閥杆240組成。閥杆240與碳酸化室底部200相接合，以限制所述閥門的向下運動。栓柱242與軸套236內側構成一整體，接合在套筒234的槽244內。由圖18至圖21可以看出槽244的形狀。
圖18至圖21為該裝置作業時假定閥門232所處的各種位置。圖18，所述閥門處於與圖16中相同的位置。從該圖可以看出，所述閥間處於其最上的位置，使O-環246壓縮在閥體238與圓筒形軸套236下端表面之間，從而形成氣密封。在此位置，栓柱242位於槽244的最低處。如上所述，當碳酸化室200用二氧化碳加壓時，假定閥門232處在圖16和圖18中所示的位置。完成碳酸化反應後，當碳酸化室200降壓時，在閥門232處的水的重量便使其從圖18中所示位置向下運動至圖19中所示位置，此時，槽244壁上的水平支撐面247被栓柱242支撐，從而阻止閥門232進一步向下運動。在圖19所示位置，閥門仍然是關閉的，所以水不能從儲水器202進入碳酸化室200(雖然可以理解，會有少量的滲漏現象發生)。將閥門從圖19中的位置繞垂直軸旋轉到圖20中的位置便會開啟閥門。在圖20中的位置，支撐面247離開了栓柱242。這種旋轉是通過轉子225的瞬間旋轉，從而使葉片228中的一個部分228a與盤形閥體238側邊伸出的栓柱248相接合，這種接合可見於圖20中。當閥門232旋轉至圖20所示的位置後，它便可以在水的重量作用下進一步下落，直至閥杆240與碳酸化室底部接觸，如圖21所示。在此位置上，槽244和套筒234上的另外的槽250，均位於軸套236的下方，從而使水可以通過這些槽流入碳酸化室200中。
當水上升至接近水平面W時，閥門232上浮，直至它返回到圖20中所示的位置。此時，再次切斷供水。其後，加壓下將二氧化碳送入碳酸化室200，閥門232迫回至圖18中的位置。當它從圖20中的位置運動至圖18中所示的位置時，槽244中的傾斜面252與栓柱242接合，從而使閥232旋轉，而栓柱242再次位於槽244的最低部位，如圖18所示，位於支撐面247之下。
閥門裝置208的設計是新穎的，其更詳細的情況示於圖22。它包含閥體252，該閥體具有罩蓋裝置254，以普通的方法(圖中未示出)，例如螺紋，與二氧化碳瓶206相連接。使用普通的方法(圖中未示出)將閥門裝置208與瓶206連接，使瓶206內部與閥門裝置208相連通，而使進行連接時，沒有造成很大的二氧化碳氣體的損失。
閥體252具有通路256，它經過閥門258與瓶206的內部相連接。供氣管道210與通路256相連接，從而使閥258打開時，瓶206中的二氧化碳可以供應到碳酸室200中。通路256還經過通路260及管道262與壓力傳感室264相通，該傳感室的一個壁為膜片266所組成。繼電器268的線圈274緊固的杆272上，杆的下端與膜片266的上表面接合，且受壓縮彈簧272的向下壓力。繼電器268鐵芯(圖中未示出)通過杆276與槓桿280的一端278相連接;槓桿280的另一端通過樞軸282與閥286的閥杆284相連接。該閥門位於閥體252上，當閥門打開時，使供氣管210和222彼此相通。閥258具有閥杆288，它在槓桿280的中間位置支撐著該槓桿。如圖22所示，為電接觸器290構成的壓力敏感開關。當壓力傳感室264的壓力達到某一數值，足以使膜片266上升時，壓力敏感開關便給出一個相應於壓力值的電信號。
繼電器268通電時，將杆276向下拉，從而使槓桿280繞樞軸282為支點而轉動，因而把閥門258打開，使二氧化碳氣供應到碳酸化室中。彈簧272的強度保證當繼電器268通電時，杆276被向下拉，而不是杆270被彈簧272的力向上拉。碳酸化室200的壓力膜片266感受，當壓力達到足以使碳酸化反應開始時，比如表壓100磅/平方英寸(6.8巴)，膜片266上升。壓力敏感開關290也打開，給出一個信號，表明已達所需壓力。膜片266的向上運動使整個繼電器268上升，所以槓桿280繞樞軸282為支點向上轉動，閥門258在氣瓶206的壓力的作用下關閉，閥杆288對槓桿280的作用力使閥286處於關閉位置。此時，碳酸化反應便可開始，當二氧化碳被吸收到碳酸化室200內的水中時，碳酸化室200的壓力將有所下降，使膜片266向下運動，因而閥門258再次被打開。將達到平衡狀態，在這狀態下，閽門258與開的情況剛好足以維持碳酸化室200進行碳酸化反應所需要的壓力。
當碳酸化反應完成之後，繼電器268斷電。其後，碳酸化室200，供氣管路210和通路256的壓力足以打開閥286，從而向調味濃縮物供應容器214，216和218加壓。利用降壓閥門(圖中未示出)將調味濃縮物供應容器214、216和218的壓力限制在大約2磅/平方英寸(0.1巴)。閥門286起止逆閥門的作用，保證當碳酸化室200排空時，調味濃縮物供應容器214、216和218的壓力不損失。
閥208製造特別簡單而且造價便宜，故具有優越性，尤其是只需要一個繼電器。
如上面所述的具體實施方案中，在所述的具體實施方案的敘述中，通過驅動轉子224，使葉片228連續地和反覆地在碳酸化室200中的水和水面上的二氧化碳氣氛之間運動，從而使二氧化碳從氣氛中進到水中實現碳酸化反應的。根據壓力敏感開關290來的信號起動驅達230，開始碳酸化反應。
從碳酸化室200排出的碳酸化的水，以及從容器214、216和218中選擇所需調味濃縮物，是依靠閥門212進行的，此閥門的詳情示於圖23至圖25中。
閥門212具有固定在碳酸化室200下端的閥殼300以及套筒302，在該套筒上安裝圓筒形閥門部件304，以便垂直滑動。在閥門部件304的頂部有閥帽306。當閥處於關閉位置時，閥帽與室200底部內面表相接合，以防止從碳酸化室200排出水。這種位置示於圖24。如圖25所示，閥門部件304可以上升達到打開位置，此時水便可以從室200經過孔308，再經過圓筒形閥門部件304的內部向下，並從閥件304開口底部末端排出。
如圖25所示，激勵槓桿310可以繞樞軸旋轉，以將閥門部件304提高到打開位置。激勵槓桿310由從閥帽306向下延長的、並穿過杆310上的一個孔314的軸梗312定位。相對於軸梗312而言，孔314的大小足以使槓桿310能繞樞軸軸動。閥殼300的內層弧形壁316起了槓桿310繞樞軸轉動的支點的作用。所述繞樞軸轉動是由操作人員按住槓桿310的外端部分310a而實現的。槓桿310可以繞軸梗312在水平面內旋轉，並且在由閥殼300的外層弧形壁320上的凹槽318所規定的三個位置的任一位置上，可使槓桿310如圖25所示繞樞軸轉動。外層弧形壁320可以防止槓桿310在不處於凹槽318中的任一位置時發生繞軸樞轉動。通過分別指向上和指向下的弧形延長部分313和315可使槓桿310穩定;該延長部分313和315分別接合在套筒302的外表面和弧形壁316的內表面上。
當激勵槓桿310位於由凹槽318所規定的某一位置上時，其內端310b便與三個調味濃縮物選擇器322之一連接。當槓桿310如圖25所示繞樞軸轉動時，相應的選擇器閥322便頂著彈簧324而打開，使相應的調味濃縮物經過相應的管道220及與閥322連接的相應軸套326進到閥殼300內部，以便與碳酸化的水混合。調味濃縮物和碳酸化的水從閥212落入適當的容器中，例圖15所示的杯215中。圖22至圖25所示的調味濃縮物選擇器和閥門裝置是極易製造且造價便宜，同時其優點在於碳酸化的水具有衝洗閥門322及其周圍的趨勢，從而可以避免不希望出現的滯流的調味濃縮物的聚集。
上述討論的具體實施方案包括有一個簡易的控制裝置，將參照圖26和圖27加以敘述。該控制裝置具有控制系統400;它有作為輸入的「起動」按鈕402和「停止」按鈕404，以及壓力開關290。控制系統400有4個輸，分別與繼電器268、馬達230、安裝在裝置外部的指示燈406以及也安裝在裝置外部的低壓指示器408相連接。
如圖16所示，當按下起動按鈕402時，馬達230瞬即起動，使轉子224旋轉，而使葉片部分228a與栓柱248接合，因而打開閥門232，使水進入碳酸化室200。裝置的設計可使水流入碳酸化室的速率為5秒鐘結束後，水的高度達到所需水平面W。時間間隔是由控制系統400來調節。在此時間間隔結束時，控制系統400便發出信號，使繼電器268接通，從而經過閥門258向碳酸化室供應二氧化碳。經過暫短時間之後，碳酸化室達到所需壓力，此時壓力開關290發出相應的信號給控制系統400，控制系統400使馬達230旋轉，從而開始進行碳酸化反應。如果在預定的時間內未達到所需壓力，則控制系統啟動低壓指示器408。碳酸化反應可以在最長為5秒的時間內連續進行，該時間是由控制系統400調節的，並在接到壓力開關290的信號後即開始反應。但是，如果飲用者需要低水平的碳酸化，則在任何時間可以按下停止按鈕，而停止碳酸化反應。當需要低水平的碳酸化時，為了幫助操作人員確定在什麼時候終止碳酸化反應，控制系統400使指示燈406在進行碳酸化反應的5秒鐘內間斷地閃光。因此，通過對閃光次數進行計數，操作人員便可對已達到的碳酸化水平有所掌握。圖27所示的操作，碳酸化是在指示燈兩次閃光之後決定的。在為期5秒鐘的碳酸化反應結束後，控制系統400使指示燈亮一段時間，指示碳酸化已完成。當碳酸化反應因操作人員按下停止按鈕404或達到了5秒鐘碳酸化期限而停止時，控制系統400使繼電器268和馬達230斷電。然後，如上所述，使調味濃縮物容器加壓。操作人員可以旋轉激勵槓桿310至所需位置，以選擇所希望使用的調味濃縮物，然後壓下槓桿310，以排放碳酸化的水及所選擇的調味濃縮物。當然，如果需要時，可在弧形壁320上提供另外的凹槽318，使操作人員僅排放出碳酸化的水而沒有任何調味濃縮物。
從上述可知，參照圖15至圖27所描述的這種具體實施方案，較前述的具體實施方案製造更為簡單且造價更為便宜。前述的具體實施方案所給出的各種數據，諸如轉子的旋轉速度，氣體壓力等等，都可適用於圖15至圖27所示的具體實施方案中。
權利要求
1.一項碳酸化水的方法，其中一個碳酸化室是部分地裝水和在所述的室內水平面的上部提供包含二氧化碳的氣氛，其特徵在於通過移動氣態形式二氧化碳使之從所述的氣氛中而進入水中。
2.按照權利要求
1的方法，包括在所述氣氛和水之間連續地或重複地移動至少一個部件，以期從所述氣氛把氣體抽吸或壓入水中。
3.按照權利要求
2的方法，包括停止所述部件的移動，而從所述室內排放出碳酸化的水。
4.碳酸化設備包括碳酸化室(10;200)，裝置(12，100;202，400)供所述室部分地裝注著水與裝置(14，100;206，400)為在所述室內的水平面之上提供包含二氧化碳的氣氛，其特徵在於通過裝置(32，224)將所述氣氛中的氣態二氧化碳向下移動而進入水中以便把水碳酸化。
5.按照權利要求
4的設備，其中所述移動二氧化碳的裝置包括安裝上部件(38，128;130，228)供在所述氣氛與所述水之間運動之用;以及裝置(36，230)供所述部件在所述氣氛和所述水之間產生重複的或連續運動之用。
6.按照權利要求
5的設備，包括轉子(32;224)，而其中所述部件為轉子上的葉片(38;228)。
7.按照權利要求
6的設備，其中所述轉子(32;224)具有水平的轉軸。
8.按照權利要求
6或7的設備，其中如D是葉片(38;228)頂部在轉子(32;224)轉動時所掃掠的圓圈的直徑，而L是在設備是水平放置，轉子停定而葉片達到最高的位置時，該葉片超出水平面(W)部分的長度，L至少為D的5%。
9.按照權利要求
8的設備，其中L至少為D的12%。
10.按照權利要求
9的設備，其中L為D的12%至15%。
11.按照權利要求
6至10中的任意一項的設備，其中所述轉子(32;224)具有多個所述葉片(38;228)。
12.按照權利要求
5的設備，其中所述部件(130)是為在所述氣氛與所述水之間往復運動而安裝的。
13.按照權利要求
5的設備，其中所述部件(128)可繞著伸展於所述氣氛和所述水之間的無末端路徑而運動。
14.按照權利要求
13的設備，其中所述部件(128)是安裝在限定所述無末端路徑的無末端彈性元件(124)上。
15.按照權利要求
14的設備，其中所述無末端彈性元件(124)攜帶多個所述部件(128)。
16.按照權利要求
12至15中的任意的設備，其中所述的或每一部件(128;130)以杯為其形狀。
17.按照權利要求
5至16的設備，包括儲水容器(202)連接到室(200)以向該室供應待碳酸化的水，而閥門裝置(232)為控制從所述儲水槽到所述碳酸化室的供水量，所述可活動部件(228)安排成當所述可活動的部件(228)發生瞬間運動時，即可將閥門(232)打開。
18.按照權利要求
4至17中的任意一項的設備，包括裝置(100;400)以改變激勵所述裝置移動二氧化碳的時間從而改變所達到的碳酸化的程度。
19.按照權利要求
4至17中的任意一項的設備，包括裝置(100;404)以供按預定時間終了之後，自動地終此所述裝置移動二氧化碳的操作。
20.按照權利要求
19的設備，包括人工操縱的關閉裝置(400)，以供在所述預定時間終了之前，終止所述操作。
21.按照權利要求
19的設備包括裝置(106)以便在多個不同的預定時間中選定一個時間，供選擇所需達到的碳酸化的程度。
22.按照權利要求
4至21中的任意一項的設備，包括裝置(44，290)以供控制所述二氧化碳的氣氛的壓力，使之在表壓60磅/平方英寸(4.1巴)至140磅/平方英寸(9.6巴)之間。
23.按照權利要求
22的設備其中所述控制裝置(100;400)在操作中可保持所述壓力為表壓100磅/平方英寸(6.8巴)。
24.碳酸化設備，包括碳酸化室(10;200)，用作向室(10;200)供水的裝置(12;202)，用作控制儲水裝置的裝置(100;400)以使所述水只部分地裝注於所述室中，使所述室(10;200)中水面上形成包含二氧化碳的氣氛的裝置(14;206)，用作從所述室中排放碳酸化的水的裝置(18;212);其特徵在於安裝在所述室中的轉子(32;224)通常是繞水平軸轉動，且具有至少一個葉片;及驅動所述轉子(32;224)的裝置(36;230)以使所述葉片在經過所述水和所述氣氛而將所述水碳酸化。
25.按照權利要求
24的設備，其中如果D是葉片(38、228)頂部在轉子轉動時所掃掠的圓圈的直徑，L為在設備是水平放置、轉子停定、葉片達到最高的位置時，該葉片超出水平面部分的長度，L至少為D的5%。
26.按照權利要求
25的設備，L至少為D的12%。
27.按照權利要求
26的設備，其中L為D的12%至15%。
28.按照權利要求
24至27中的任意一項的設備，所述轉子具有多個葉片。
29.按照權利要求
24至27中的任意一項的設備，包括裝置(100;400)以改變激勵所述驅動裝置的時間，從而改變所達到的碳酸化的程度。
30.按照權利要求
24至28中的任意一項的設備，包括裝置(100;400)以供按預定時間終了之後，自動地終止所述驅動裝置的操作。
31.按照權利要求
30的設備，包括人工操縱的止裝置(404)，以便在所述預定時間終了之前，停止所述驅動裝置的操作。
32.按照權利要求
30的設備，包括裝置(106)以便在多個不同的預定時間之中，選定一個時間，供選擇所需達到的碳酸化的程度。
33.碳酸化設備，包括碳酸化室(10;206)，用作供應預定量的水到所述室的裝置(12，100;202，400)，用作供應二氧化碳到所述室中以便在超大氣壓力下將所述水碳酸化的裝置(14，100;206，400)，在所述水的碳酸化反應完成後降低所述室內壓力的裝置(100，V3，400，286)，以及用作從所述室內排放碳酸化的水的裝置(18;212)，所述設備包括調味濃縮物供應裝置(46;214)，以便供應將於所述室外與碳酸化的水進行混合的調味濃縮物，以及用二氧化碳向調味濃縮物供應裝置進行加壓的裝置(64;222)，其特徵在於所述加壓裝置(64;222)與所述室(10;200)連接以便利用碳酸化反應完成後仍殘留在所述室內的氣體。
34.按照權利要求
33的設備，包括減壓裝置(66)，以使作用於調味濃縮物供應裝置(46;214)內的壓力低於碳酸化反應完成後作用於碳酸化室(10;200)內的壓力。
專利摘要
敘述碳酸化方法及設備，其中碳酸化反應在氣態的二氧化碳的氣氛中把二氧化碳向下壓入待碳酸化的水中，這種碳酸化反應可通過裝有葉片的轉子，繞其水平軸旋轉來實現。二氧化碳的氣氛最好是保持在壓力為表壓110磅/平方英寸。碳酸化的程度可以通過變動碳酸化反應時間予以改變。利用從碳酸化室中進行碳酸化反應完畢後，那些否則會被廢棄的二氧化碳對盛有各種味道的調味濃縮物的供應裝置進行加壓，以便用於從裝置中供應調味濃縮物。
文檔編號A23L2/40GK85105678SQ85105678
公開日1987年1月21日 申請日期1985年7月26日
發明者A·斯科特 申請人:伊索沃思有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan