专利名称：用于卵形碳酸化装置的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及饮料分发，更具体地说，涉及但不限于，用来分发碳酸饱和冷饮料的方法和装置。
背景技术：
在后混合饮料分发工业中，充碳酸气的饮料占不同饮料类型的最大部分。令人遗憾的是，饮料的碳酸化能显著地影响饮料终产品的质量。为了生产质量一致(包括最少的泡沫)的饮料，必须实现适当的碳酸化。
过去数十年间，业已确定在碳酸化程序中较寒冷的温度产生较好的碳酸化效率而且能在较低的二氧化碳压力下完成。同样，用来碳酸化饮料终产品的碳酸化方法已从常温碳酸化装置转变成各种不同形式的低温碳酸化装置。这个趋势的进一步变化包括在碳酸化装置中使用预冷水以进一步降低碳酸化程序的温度。
当前的趋势包括把碳酸化装置直接浇铸到饮料分发机的冷板之内。由于冷却板降低的温度，使就地浇铸的碳酸化装置在降低的温度下操作，借此在碳酸化装置中增加气体的吸收。
虽然就地浇铸的碳酸化装置提供增加的效率，但是在不增加冷板尺寸的情况下使碳酸化装置尺寸最大化往往是一件费劲的事。当为了清洗整体的碳酸化装置必须调整位于冷板中多个预先形成的分发管的时候，就会出现进一步的复杂性。人们尝试减少碳酸化装置的高度，但是这种尝试导致难以制造的复杂设计。
因此，将提高碳酸化装置效率、提供简化的分发管道系统设计和减少冷板厚度的改进的就地浇铸的碳酸化装置设计对于饮料分发制造业者是有益的。
发明内容
依照本发明，卵形的碳酸化装置把减少的高度和增大的外表面面积提供给碳酸化装置。减少的高度减少冷板所需材料的数量，而增大的外表面面积提供附加的散热能力。卵形的形状进一步提供增大的液体/气体相互作用区域。卵形的碳酸化装置进一步把碳酸化装置零部件合并到单一位置，借此简化管道系统在相关联的冷板中铺设并且减少制造成本。
本发明进一步包括液膜生成器组件，所述的液膜生成器组件用来增加液流与气体相互作用的表面积。一种相应的方法增加出现在碳酸化装置中的液体表面面积的数量。该液膜生成器组件进一步隔离引入的液体和与引入液体有关的扰动，以便提供得到改进的感应能力水平。
因此，本发明的目的是提供有长椭圆形外壳的碳酸化装置以减少碳酸化装置的高度。
本发明进一步的目的是提供增大的外表面面积，以便增加散热能力。
本发明进一步的目的是在碳酸化装置中增大液体/气体相互作用区域以增加碳酸化装置的效率。
本发明更进一步的目的是提供一个液膜生成器组件以增加碳酸化装置中引进的液流的表面积。
本发明再进一步的目的是提供一种增加液体表面积的方法。
本发明其它的目的、特征和优势鉴于下面的描述对于熟悉这项技术的人将会变得显而易见。同时，人们应该理解这项发明的范围预计是宽广的，而且在此描述的特征、元素或步骤的任何子集的任何组合都是本发明预期范围的一部分。
图1提供依照优选实施方案的卵形碳酸化装置的透视图。
图2依照优选实施方案举例说明包括冷板和整体的卵形碳酸化装置的饮料分发机。
图3提供依照优选实施方案的卵形碳酸化装置的分解图。
图3a提供依照优选实施方案的孔壳体零部件的分解图。
图4举例说明依照优选实施方案的卵形碳酸化装置的端视图。
图5提供依照优选实施方案的液膜生成器组件的剖视图。
图5a是依照优选实施方案用来增加液体表面积的方法的流程图。
图6是依照优选实施方案展示再次注满碳酸化装置的操作的方法流程图。
具体实施例方式
按照要求，在此揭示本发明的详细的实施方案；然而，人们将会理解所揭示的实施方案只是本发明可仿效的例子，这项发明可以以各种不同的方式体现。人们将进一步理解那些附图不必依比例绘制，为了展示特定的零部件或步骤的细节，一些部件可能被放大。
卵形碳酸化装置与普遍使用的圆形碳酸化装置设计相比较，使冷板所需高度减到最小而且增大碳酸化装置中的气体/水相互作用区域。卵形碳酸化装置进一步包括使引入的水更有效地扩散的液膜生成器组件，借此促进在碳酸化装置中与气体相互作用的暴露的表面积增大。卵形碳酸化装置包括探针，所述的探针可以与控制器结合使用用来确定碳酸化装置是否需要再次注满。卵形碳酸化装置是为用于饮料分发机的冷板使饮料用水碳酸化而设计的。由于它的紧凑设计，卵形碳酸化装置的使用进一步简化冷板中的饮料和稀释液管道系统的路线排定。
如图1-6所示，卵形碳酸化装置100可以被完整地浇铸到冷板310之中，其中冷板310用来冷却与冷板310接触的各个项目(包括饮料分发管线、稀释液管线和完整的卵形碳酸化装置100)。当操作执行器件306的时候，一旦被冷却，饮料就可以通过饮料分发喷嘴305被分发出来。卵形碳酸化装置100包括壳体110、探头组件250和液膜生成器组件260。壳体110包括外壳120、前面板130和后面板140。有第一端121和第二端122的外壳120有如图4所示的空心的长椭圆形横截面。为了简单，第一端121和第二端122是垂直于外壳120的轴线切割的，但是可能以别的方式接任何预先选定的角度切割。外壳120的第二端122包括出口123以允许碳酸水集流管142在组装期间穿过外壳120。前面板130和后面板140有与外壳120的开口互补的形状，并且适合安装到外壳120上形成外壳120的内部体积。在大多数情况下，前面板130和后面板140在配备的时候被焊接到外壳120上。
前面板130包括第一面135、第二面136、气体入口138和探头孔131。探头孔131的尺寸适合接受探头配件132的外径。前面板组件230包括前面板130、探头配件132和进气管148。探头配件132的第一端133被插进前面板130的探头孔131到预定的距离，以致实质上一半的探头配件132被安排到孔131之中。探头配件132必须与前面板130适当地连接，优选通过焊接工艺。探头配件132的第二端134进一步包括用来校直探头组件250的狭缝137。第一端133对准前面板130的第一面135。气体入口138的尺寸足以接受气体管线148。与气体来源(未展示)连通的气体管线148穿过前面板130进入壳体110，以将气体递送给卵形碳酸化装置100。这个连接也必须被适当地密封，以允许碳酸化装置100保存液体和气体。
后面板组件240包括后面板140、液膜生成器组件260、探头导管144、孔座170和进水管146。后面板140包括第一面167、第二面168、液体入口171和凹陷179。液体入口171有足够的尺寸以不妨碍水从进水管146和孔座170进入壳体110。孔座170有与2003年10月2日申请的美国专利申请第10/677,854号所揭示的相同的形式，所述申请的内容在此被并入作为参考。孔座170包括第一孔172、通向第一孔172的第二孔173，和可以为了清洗或碳酸化装置100调整位置而被拆除的配件174。孔座170的第一孔172对准后面板140的液体入口171。第二孔173与进水管146连接，以致要碳酸化的水从进水管146经过第二孔173进入第一孔172，再通过配件174的孔175和液体入口171进入壳体110。孔座170在第一孔172暴露的末端需要堵头176和O-形圈177以便密封碳酸化装置100的内室。
液膜生成器组件260包括半球形的转向器163和圆筒形的液膜生成器164。液膜生成器164包括第一端161和第二端162。第一端161与后面板140的第二面168连接，借此液膜生成器164的圆筒形状与液体入口171同心。如同先前揭示的那样，转向器163在外形上是半球形的而且其直径实质上与液膜生成器164的直径相等，以致暴露的直径可以与液膜生成器164的第二端162连接。液膜生成器164和半球形转向器163的连接可以通过焊接完成。液膜生成器164进一步包括多个孔165，所述的孔165有助于液膜形成过程。
凹陷179的尺寸足以容纳探头导管144的第一端151，借此在组装期间帮助定位。同样，探头导管144可以在后面板140上反复定位和使用任何适当的工艺(例如，焊接)附着到后面板140上。探头导管144进一步包括在第一端151附近的抽气孔145以防止气体滞留在探头导管144中。
探头组件250包括探头壳体251、主探头252、副探头253、第一绝缘体254、第二绝缘体255、O-形圈256和突起257。探头壳体251包括从第一端281穿过探头壳体251到第二端282的中心孔280。第一绝缘体254被安排在探头壳体251的中心孔280中。第一绝缘体254包括主孔283和次孔284。主探头252的形状足以被放置在第一绝缘体254的主孔283中。辅探头253的直径同样足以被放置在第一绝缘体254的次孔284中。第二绝缘体255也包括主孔285和次孔286，其中主探头252和辅探头253同样分别穿过第二绝缘体255的主孔285和次孔286。绝缘体254和255提供分开和限制探头的机制。第二绝缘体255包括反映探头导管144的内径的外径。同样，第二绝缘体255滑进探头导管144以使探头252和253置于中心。
探头壳体251包括接受O-形圈256并提供正确密封的特征。突起257的尺寸足以使其在探头组件250位于探头配件132之中的时候滑进探头配件137的狭缝132用以为探头组件250进一步提供机械制动。探头螺母258包括把探头螺母258固定在探头配件132上的螺纹259，借此把探头组件250限定在探头配件132的边界之内。
在组装时，探头配件132的第一端133被插进外壳120的第一端121，前面板130被焊接到外壳120上形成容器的一部分。然后，碳酸水集流管142的第一端183被放进外壳120的内部空间，以致第二端184从位于外壳120的第二端122的出口123伸出。后面板组件240现在可以对准外壳120以将导管144的第二端152插进外壳120的第二端122。后面板组件240必须被这样插入，以致导管144对准安装在外壳120的第一端121上的探头配件132。一旦插入，后面板组件240就可以被焊接到外壳120上以便进一步封闭壳体110。焊接操作包括密封所有配对的缝，借此形成将保持压力的容器。此时，该容器保留的开口包括探头配件132的内部通道201、穿过进气管148的通道202、进水管146中的进水通道203和穿过碳酸水集流管142的碳酸水通道204。
一旦完成壳体110的焊接，探头组件250就被安装到探头配件132的内部通道201之中。主探头252的暴露端被插进导管144，并且把探头组件250进一步推入探头配件132的内部通道201。当探头壳体251进入探头配件132的时候，O-形圈256与探头配件132的内径接合形成密封。然后，探头壳体251的突起257进入在探头配件132中的狭缝137，借此使探头组件250在通道201中定位。然后，把探头螺母258安装在探头配件132的内部通道201中以便将探头组件250固定。
在使用时，碳酸化装置100被置于冷板310之中。在这个优选实施方案中，冷板310被以实质上10度的角度安排在饮料分发机300之内。实质上平行于冷板310的碳酸化装置100同样以实质上10度的角度倾斜，壳体110的前面板130最接近冷板310的最低端。卵形碳酸化装置100的横截面与10度倾斜相结合提供实质上增大的液体/气体界面面积。
碳酸化装置100的长椭圆形外壳120还增加碳酸化装置100的外表面面积，借此提高散热能力并使之优于普遍使用的圆形横截面外壳。长椭圆形外壳120在冷板310方面中进一步提供减小的垂直剖面。卵形碳酸化装置100的被减少的垂直高度减少对冷板310的高度要求，借此将冷板310的厚度和冷板310所需铝材的数量减到最小。尽管这个优选实施方案已用长椭圆形外壳120予以展示，但是熟悉这项技术的人应该清楚外壳的形状不必是完美完全的长椭圆形。卵形或半长椭圆形的形状可能适合提供冷板310的减少的垂直高度。
在大多数的例证中，分发机300包括管理分发操作(包括碳酸化装置100中探头组件250的操作)的控制器301。控制器301是可与主探头252和辅探头253连接进行探头和公用地之间的电阻测量。每个电阻测量结果都能够反映出液体或气体的特征。然后，控制器301利用该信息确定碳酸化装置100是否需要填充以及碳酸化装置100何时填满。
在操作时，进气管148与气体调节器(未展示)连接并且最后接到气体源(未展示)上。进水管146与助推泵(未展示)连接并且最后接到水源(未展示)上。碳酸水集流管142被连接到递送管上，所述的递送管通向与饮料糖浆混合的饮料分发喷嘴305。气体源和气体调节器以70-80磅/平方英寸的压力把气体提供给壳体110。气体通过进气管148进入壳体110并且在壳体110中占据任何现有水位上方的区域。水源把要碳酸化的水递送给进水管146。要碳酸化的水从进水管146的内部通道203进入孔座170的第一孔172，然后经过可拆除配件174中的孔口175进入后面板140上的液体入口171。从进水管146进入的水被助推泵(未展示)增压到125-150磅/平方英寸。增压后的水当它进入110壳体的时候经过可拆除配件174中的孔口175形成水射流。
如图5所示，该喷射流在它接触半球形液膜生成器组件260的内表面178之前是畅通无阻的。该喷射流接触半球形转向器163的内表面178并且被迫沿着半球形转向器163的内表面178向液膜生成器164流动。液膜生成器164包括为数众多的孔165迫使流体进入薄膜，借此增加流体暴露的表面面积。增大的表面允许更多的气体被液体吸收。这个类型的液膜生成器组件260的附加利益包括把喷射流以及高压喷射流在流体中造成的碎裂与碳酸化装置的探头252和253分开。这个类型的分离使碳酸化装置100中的湍流和较高水平的灵敏度造成不稳定读数的可能性减到最小。
如图5所示，碳酸化装置100包括低水位线181和高水位线182。当碳酸化装置100最初启动的时候，碳酸化装置100通过进气管148被增压到70-80磅/平方英寸。水在大约125-150磅/平方英寸下进入碳酸化装置100，经过进水管146，进入孔座170，然后经过可拆除配件174中的孔口175进入碳酸化装置100。如同先前揭示的那样，水进入喷射流然后接触液膜生成器组件260，在那里形成薄膜，因为流体动量强迫水沿着半球形转向器163的内表面178和圆筒形液膜生成器164流动。当流体的动量已被用尽的时候，流体在圆筒形液膜生成器164上向下移动，并且变成碳酸水补给池的一部分。
图5a提供用来增加液体的表面积的方法的流程图。增加液体的表面积将增加气体/液体相互作用的面积。该程序由步骤60开始，在该步骤中液体被喷射到装有增压气体的舱室之中。一旦液体被喷射到该舱室之中，它就如步骤65所示通过使用半球形转向器163而被转向。半球形转向器163迫使液体沿着内表面178向圆筒形液膜生成器164流动。当流体沿着圆筒形液膜生成器164的表面流动的时候，如步骤70所示，在它横越圆筒形液膜生成器164上的孔165的时候变成薄膜。步骤75，增压气体在所有暴露的液体表面区域被液体吸收。被液体吸收的气体数量直接与容易得到的液体/气体界面、降低的流体温度以及由于成膜和喷雾造成的所有暴露表面的面积有关。然后，该液体/气体混合物被储存起来备用。
当水进入增压的碳酸化装置100的时候，气体被水吸收，借此形成碳酸水。在经过液膜生成器组件260之后，碳酸水汇集在碳酸化装置100中较低的部分，等待通过碳酸水集流管142递送到分发喷嘴305。碳酸化装置100被继续填充直到达到碳酸化装置100中的高水位线182。一旦达到高水位线182，控制器301停止给碳酸化装置的泵马达提供电力。在这种状态下，碳酸化装置100将会保持增压状态，然而，在分发碳酸饮料的时候，碳酸水的水位降低。当碳酸水的水位跌落到低水位线181以下的时候，控制器301开始给碳酸化装置泵马达提供电力，再次将碳酸化装置100注满到高水位线182。
图6提供碳酸化装置的探头操作方法流程图。该程序从步骤10(开始位置)开始。该程序一旦启动，控制器301就移向步骤20，在该步骤控制器301开始按被预定的时间间隔监测主探头和辅探头252和253，在这个优选实施方案中每隔十分之一秒监测一次。然后，该程序移到步骤30，在该步骤中控制器301确定主探头252的读数是否能够反映液体的特征。如果该读数不能反映液体的特征，该程序移动到步骤40，在该步骤中控制器301确定辅探头253的读数是否能够反映液体的特征。如果步骤40中的读数能够反映液体的特征，则控制器返回到步骤20，继续采样。如果步骤40中的读数不能反映液体的特征，控制器301就给碳酸化装置泵马达提供电力再次将碳酸化装置100注满。
如果步骤30中的读数能够反映液体的特征，该程序将移动到步骤35，在该步骤中控制器301确定碳酸化装置泵马达是否处于接通状态。如果碳酸化装置泵马达在步骤35中不处于接通状态，控制器301返回到步骤20，继续探头的采样。如果碳酸化装置泵马达在步骤35中处于接通状态，该程序移动到步骤45，在该步骤中控制器301关掉碳酸化装置泵马达。然后，控制器301回到步骤20，继续采样。
在步骤50中接通碳酸化装置泵马达之后，该程序移动到步骤55，在该步骤中控制器301确定是否已收到断开信号。如果在步骤55中已经收到断开信号，控制器301移动到步骤58，结束。如果在步骤55中尚未收到断开信号，该程序返回步骤20，控制器301继续对探头采样。
总之，长椭圆形外壳120在碳酸化装置100的边界之内提供改善的气/水相互作用区域。增大的横截面面积提供较大的水表面面积，借此使更多的增压气体暴露在该增大的表面区域之下。卵形碳酸化装置100进一步的优势包括简化被浇铸成冷板310的管束。卵形碳酸化装置100整顿碳酸化装置先前使用的体积，借此允许管束得到整顿。这个类型的整顿由于简化的设计被转化成减少制造时间和增加节约额。
虽然本发明已根据前面的优选实施方案予以描述，但是这样的描述仅仅用于可仿效的目的，而且许多替代方案、等价方案和各种不同程度的变化将落在本发明的范围之内，这对于熟悉这项技术的人将是明显的。因此，那个范围在任何方面都不受前面的详细描述限制，而是仅仅用附上的权利要求书限定。
权利要求
1.一种碳酸化装置，其中包括长椭圆形的壳体；安排在所述壳体上用来从液体来源放进液体的液体入口；安排在所述壳体上用来从气体来源放进气体的气体入口；以及安排在所述壳体上的出口。
2.根据权利要求1的碳酸化装置，其中所述长椭圆形壳体形成用于液体吸收的增大的气体/液体相互作用区域。
3.根据权利要求1的碳酸化装置，其中所述气体是二氧化碳。
4.根据权利要求1的碳酸化装置，其中所述液体是水。
5.根据权利要求2的碳酸化装置，其中从所述碳酸化装置出来的混合物是碳酸水。
6.根据权利要求1的碳酸化装置，其中所述壳体包括长椭圆形外壳和两个末端。
7.根据权利要求6的碳酸化装置，其中所述长椭圆形外壳提供增大的外表面面积，借此提高散热能力。
8.根据权利要求6的碳酸化装置，其中所述长椭圆形外壳提供减少的垂直高度零部件，借此降低对周围冷板厚度的要求。
9.根据权利要求1的碳酸化装置，其中所述液体和气体混合物是通过出口被移出的。
10.一种碳酸化装置，其中包括壳体；安排在所述壳体中的液膜生成器组件；安排在所述壳体上的气体入口，该气体入口与气体来源连接把气体输送到壳体中；安排在所述壳体上的液体入口，该液体入口与液体来源连接把液体输送到液膜生成器组件，其中所述液膜生成器组件迫使液体进入薄膜使液体/气体相互作用区域最大；以及安排在所述壳体上把液体/气体混合物递送到所述壳体外面的出口。
11.根据权利要求10的碳酸化装置，其中所述气体是二氧化碳。
12.根据权利要求10的碳酸化装置，其中所述液体是水。
13.根据权利要求10的碳酸化装置，其中从所述碳酸化装置出来的混合物是碳酸水。
14.根据权利要求10的碳酸化装置，其中所述液膜生成器组件包括圆筒形的液膜生成器。
15.根据权利要求14的碳酸化装置，其中所述圆筒形的液膜生成器包括多个孔以帮助液体变成薄膜形状。
16.根据权利要求10的碳酸化装置，其中所述液膜生成器组件包括半球形的转向器以改变引进液膜生成器组件的水流方向。
17.根据权利要求16的碳酸化装置，其中所述半球形转向器被安排在圆筒形液膜生成器的一端，使进入的液流朝圆筒形液膜生成器转向。
18.一种增加液体的用来与气体混合的表面面积的方法，其中包括(a)向安排在充满增压气体的舱室之中的液膜生成器组件喷射液体；(b)当液体在液膜生成器上移动时产生薄膜。
19.根据权利要求18的方法，进一步包括(c)让暴露面积增大的液体表面吸收压力较高的气体。
20.根据权利要求18的方法，其中所述喷射是向所述液膜生成器转向的。
21.根据权利要求18的方法，其中所述液膜生成器包括一些孔以促进液膜的产生。
22.根据权利要求20的方法，其中所述液体是用半球形转向器转向的。
23.根据权利要求18的方法，其中所述液膜生成器是圆筒形的。
24.根据权利要求18的方法，其中所述液体是水。
25.根据权利要求18的方法，其中所述气体是二氧化碳。
26.一种增加液体的与气体混合的表面面积的方法，该方法包括(a)把液体喷射到液膜生成器上；(b)通过迫使液体沿着液膜生成器向下移动增大液体的暴露表面面积；以及(c)让液体通过暴露的表面区域吸收周围的气体。
27.根据权利要求26的方法，其中所述喷射是向液膜生成器转向的。
28.根据权利要求26的方法，其中所述液膜生成器包括一些孔以促进液膜的产生。
29.根据权利要求27的方法，其中所述液体是用半球形的转向器转向的。
30.根据权利要求26的方法，其中所述液膜生成器是圆筒形的。
31.根据权利要求26的方法，其中所述液体是水。
32.根据权利要求26的方法，其中所述气体是二氧化碳。
全文摘要
用于卵形碳酸化装置的方法和对应的装置使用长椭圆壳体在碳酸化装置的边界之内提供改进的气体/水相互作用区域。增加的横截面面积提供较大的水的表面积，借此使更大量的增压气体暴露于增大的表面区域之下。卵形碳酸化装置进一步的优势包括被浇铸成冷板的管束的简化。卵形碳酸化装置整顿先前被碳酸化装置使用的体积，借此允许整顿管束。由于简化了设计，所以这个类型的整顿转变成减少制造时间和增加节约额。
文档编号B01D47/02GK1917931SQ200580004609
公开日2007年2月21日 申请日期2005年2月10日 优先权日2004年2月12日
发明者艾德里安·M·罗曼伊斯泽恩 申请人:岚瑟股份有限公司