水基饮料的在线碳酸化的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于将气体溶解到液体中(例如使水基饮料碳酸化)的装置(1)和方法，所述装置(1)包括：用于液体的泵(4)、混合文丘里喷嘴(8)，所述喷嘴具有流体连接至泵(4)的主入口(10)、可连接至加压气体源(6)的至少一个侧入口(14)、和出口。装置(1)还包括在混合文丘里喷嘴(8)下游流体连接的锥形限流器(24)，以及长度至少为0.5m的管道(20)，该管道流体互连在混合文丘里喷嘴(8)和限流器(24)之间。
【专利说明】
水基饮料的在线碳酸化
技术领域
[0001]本发明涉及将气体溶解到液体中，特别地，涉及水基饮料的制备，更特别地，涉及这样的饮料的在线碳酸化(in-line carbonat1n)。
【背景技术】
[0002]公开的现有技术专利文件WO2009/021960A1披露了一种用于使液体流富集气体的装置，例如，用于使像水这样的饮料的碳酸化。装置包括文丘里喷嘴(venture nozzle),其具有旋转对称的收缩部，并且液体流轴向地流动通过其中。这一装置还包括使气体进入文丘里喷嘴的收缩部的侧向馈送部。气体馈送部包括至少一个其他通道，其具有减小的直径，侧向地终结于文丘里喷嘴的收缩部中，从而其细长纵向轴线相对于文丘里喷嘴的纵向轴线偏移。
[0003]该教导的益处在于，文丘里喷嘴关于气体通道的位置和取向被优化。但是，水的碳酸化过程取决于不同因素，如温度和压力。低温的存在特别有利于使水碳酸化。这是在该教导中在混合文丘里喷嘴上游设置冷却单元的原因。但是，这样的冷却单元的存在就装置的制造和运行成本来说是不利的。在没有这样的冷却单元的情况下，借助于该教导的装置溶解在水中的二氧化碳的量会非常低，特别是温度较高时，例如在夏天期间。
[0004]公开的现有技术专利文件DE10 2012 100 844A1披露了用于使酒精基饮料碳酸化的类似装置。类似于前述文件的装置，该装置在栗和混合腔室之间包括冷却单元。与前述文件不同，该装置还包括在混合腔室下游的静态混合器。该静态混合器包括管道，其容纳一系列螺旋形混合元件，该混合元件被构造为使得液体在静态混合器的入口和出口之间经历大约0.5巴的压降。该静态混合器意图提供二氧化碳与液体的高混合速率。其还意图避免泡沫的形成，由此允许碳酸化的液体在装置出口处的方便汲取。在混合腔室中的工作压力大约为2巴，从而液体以大约1.5巴的压力离开静态混合器。类似于上述文件，该装置具有要求冷却单元的不方便性。另外，静态混合器是复杂元件，其导致明显的压降且在制造以及维护方面是昂贵的。
[0005]公开的现有技术文件FR2 949 355B1披露了一种用于使水基饮料碳酸化的装置，其类似于前述文件的装置。实际上，其还包括在混合腔室下游的静态混合器，该静态混合器产生意图渐进的压降，以使液体逐渐转变至出口龙头处接近环境压力的压力。
[0006]公开的现有技术专利文件US5，842，600也披露了一种用于使水或水基饮料碳酸化的装置。类似于前述两个文件(DE 10 2012 100 844A1和FR 2 949355B1)的装置，其包括具有管道的静态混合器，该管道容纳一系列螺旋形混合元件。
【发明内容】
[0007]技术问题
[0008]对于上述技术问题，本发明提出了改进的气体在液体中的富集，例如改进的碳酸化水基饮料，即，更便宜的富集，并获得在饮料中的满意的气体溶解量。
[0009]技术方案
[0010]本发明涉及一种用于将例如二氧化碳的气体溶解到例如水基饮料的液体中的装置，该装置包括:用于液体的栗;混合文丘里喷嘴，该碰嘴具有流体连接至栗的主入口、可连接至加压气体源的至少一个侧入口、和出口；其中，所述装置还包括:在混合文丘里喷嘴下游流体连接的锥形限流器;和长度大约为0.5m的管道，其流体地互连在混合文丘里喷嘴和限流器之间。
[0011 ]限流器的锥形部优选地取向，以便沿流动方向发散。
[0012]根据本发明的优选实施例，管道是波纹管道，优选地为柔性波纹管道，更优选地为柔性不锈钢波纹管道，更为优选地为具有塑料外套筒的柔性不锈钢波纹管道。
[0013]根据本发明的优选实施例，波纹管道形成波纹脊，波纹脊具有高度h和/或相邻的波纹脊之间的距离1，所述高度包含在管道的内径d的5%至20%之间，所述距离在管道的内径d的5 %至30 %之间，优选地在1 %至20 %之间。
[0014]根据本发明的优选实施例，管道具有内径d，该内径包含在5mm至25mm之间，优选地为8mm至20mm之间，更优选地为I Omm至15mm。
[0015]根据本发明的优选实施例，管道具有包含在0.15_至0.3_之间的壁厚e。
[0016]根据本发明的优选实施例，管道具有长度，其至少为0.8m，优选地为至少1.0m，更优选地为至少1.2m。
[0017]根据本发明的优选实施例，管道具有长度，其小于5m，优选地小于2m，更优选地小于I.5m ο
[0018]根据本发明的优选实施例，管道多个位置处弯曲至少90°，优选地弯曲大约180°，以便形成紧凑单元。
[0019]根据本发明的优选实施例，栗被构造为在所述栗和混合文丘里管道之间以至少8巴、优选为9巴、更优选为10巴的压力加压液体。
[0020]根据本发明的优选实施例，锥形限流器被构造为在管道中保持一压力，该压力包括在6巴至10巴之间，优选地在7巴至9巴之间，同时使液体减压。
[0021]根据本发明的优选实施例，锥形限流器的流动截面沿流动方向逐渐增大。
[0022]根据本发明的优选实施例，锥形限流器包括壳体和在壳体内的锥形元件，该壳体具有沿流动方向发散的圆形内表面，该锥形元件在所述发散内表面界定环形流动截面。
[0023]根据本发明的优选实施例，锥形限流器的最小流动截面被包含在Imm2至1mm2之间，优选地为2mm2至8mm2之间，更优选地为2.8mm2和5.6mm2之间。
[0024]根据本发明的优选实施例，其包括流体连接在锥形限流器和混合文丘里喷嘴之间的截止阀。
[0025]根据本发明的优选实施例，其还包括流体连接至混合文丘里喷嘴的出口的混合腔室，混合腔室优选地直接联接至混合文丘里喷嘴，从而所述腔室是所述文丘里喷嘴的出口的直接延伸部。
[0026]本发明还涉及一种用于将气体溶解到液体中，例如使水基饮料碳酸化的方法，包括以下步骤:
[0027](a)在包括混合文丘里喷嘴的回路中加压液体;和(b)通过将所述文丘里喷嘴的至少一个侧入口连接至加压气体源，将气体添加到流动通过所述混合文丘里喷嘴的液体中；其中，所述方法包括:设置锥形流体限流器，其流体连接在混合文丘里喷嘴的下游；和设置管道，其具有优选为至少0.5m的长度，该管道使混合文丘里喷嘴和限流器之间流体地互相连接。
[0028]根据本发明的优选实施例，该方法包括使用根据本发明的装置。
[0029]根据本发明的优选实施例，步骤(b)包括借助于限流器将管道中的压力保持在6巴至10巴之间，优选地在7巴至9巴之间。
[0030]本发明的优势
[0031]本发明的特别优势在于，借助于具有简单构造的装置允许气体在线地溶解到液体中(例如使水或水基饮料碳酸化)，并且仍能获得较高级别的溶解气体。
【附图说明】
[0032]图1披露了根据本发明的用于使气体溶解到液体中的装置的构造；
[0033]图2是图1的装置的锥形限流器的截面图；
[0034]图3是波纹柔性管的部分的视图，其存在于图1的装置的混合文丘里喷嘴和限流器之间；
[0035]图4是图1的装置的总体视图，该装置连接至加压二氧化碳源。
【具体实施方式】
[0036]在图1中示意性示出的装置I包括液体源2，例如水基饮料的水源。所述源可以是填充有这样的液体的箱体。在水的情况下，其还可以是连接至水分布回路的连接件。装置I还包括用于加压液体的栗4。栗4的出口连接至混合文丘里喷嘴8。喷嘴8包括本体，其具有入口
10、喉部12和出口 16。沿流动方向，喉部12从入口 10收敛至最小截面，然后发散到出口 16。混合文丘里喷嘴8还包括侧向或侧入口 14，用于使加压气体与液体混合。加压气体存储在气箱或气瓶6中。侧入口 14相对于混合文丘里喷嘴8的纵向轴线(在图1的取向中是垂直的)大体径向地延伸。导管14在其最小截面处结合喉部12，S卩，在液体的流动速度最大处。
[0037]混合腔室18连接至混合文丘里喷嘴8的出口 16。在当前情况下，混合腔室18直接联接至混合文丘里喷嘴8的本体，从而所述喷嘴的出口 16直接馈送到腔室18中。该腔室18优选地是细长的，以便允许液体和气体彼此混合，且由此允许至少一部分气体溶解在液体中。
[0038]混合腔室18的出口连接到大体由波纹柔性管道制成的单元20，该管道在多个位置处弯曲，以便形成紧凑单元。管道的细节将结合图3和4在下文提供。
[0039]截止阀22连接在管道单元20的出口处，补偿器或限流器24连接在截止阀22的出口处。截止阀22可手动或电磁地操作。
[0040]减压器26在加压的二氧化碳源6和混合文丘里喷嘴8上的入口 14之间。该减压器是比例减压器，其使气体的压力适应栗4加压的液体压力。
[0041]图2是图1的限流器24的截面图。其包括本体28，该本体由主体281和帽282制成，该帽与主体协作以便封闭主体。主体281包括限流器的入口 30，且形成腔体，该腔体由沿在该腔体内的正常流动方向上发散的表面界定。在当前图示中，该表面沿着第一部分为锥形，沿着第二部分为柱形，该第二部分沿正常流动方向在第一部分之后。帽282包括限流器24的出口32。其还包括例如垫圈的密封器件，以用于以水密方式与主体281协作。在本示例中，主体281和帽282通过快速联接爪部和凹部彼此协作。锥形元件34容纳在限流器24的腔体中。该元件34的外表面与壳体的内表面大体互补。但是，这两个表面之间设置有间隙，该间隙形成流体的流动截面。锥形元件34大体为锥形的，以便大体上顺应壳体的内表面。由于壳体的内表面和锥形元件34的相应外表面的发散形状，如果这两个表面之间的间隙保持恒定或增大，那么流动截面沿流动方向逐渐增大。在当前例子中，该间隙沿这些表面的发散部分增大，这意味着流动截面由于两个原因增大，即，由于环形流动截面的直径增大，还由于该环形流动截面的宽度增大。所述间隙可在0.1至0.4mm之间，优选地为0.12至2mm之间，更优选地大约为0.15mm(具有±0.05mm的公差)。
[0042]仍在当前例子中，通过发散表面(即沿柱形表面)流体截面基本恒定。
[0043]发散表面允许液体流的逐渐减速，这避免起泡。实际上，快速的压降将以突然的方式释放溶解气体，这会导致液体起泡。因此，以减小的速度离开发散表面的液体能够因此缓和地离开限流器而不发生飞溅。
[0044]锥形元件34在壳体内的位置可以调整，以便调整流动截面。元件34插入到壳体中越多，流动截面越小，反之亦然。锥形元件的位置可通过在元件34和帽282之间插入参考垫片或任何其他间隔件(一个或多个)而调整。替换地，可以设置作用在邻接抵靠锥形元件的凸轮上的杆件，以用于手动地调整元件的位置，而无需打开限流器24。邻接抵靠帽282的元件34的端部是盘形的，且包括用于允许流体流动到出口32的孔。
[0045]限流器24的存在是特别有益的，因为其允许保持上游具有一定水平的压力，所述上游即混合腔室18 (图1)和混合单元20 (图1)中。
[0046]图1的混合单元20在图3和4中示出。在图3中，混合单元由图示类型的波纹柔性管道20构成。这样的管道在市场上可获得，且通常例如由以下特征刻化:内径d、外径D、波纹脊的高度h(对应于(D-d)/2)、两个相邻波纹脊之间的距离1、以及壁厚e。管道优选地由不锈钢制成，具有内径d，该内径在5mm至25mm之间，优选地为8mm至20mm之间，更优选地为1mm至15mm之间。管道优选地为具有塑料外套筒的柔性不锈钢波纹管道。波纹脊的高度优选地包含在管道的内径的5%至20%之间。相邻脊之间的距离I优选地包含在管道的内径的5%至35%之间，优选地在15%至30%之间。管道20具有长度，其至少为0.8m，优选地为至少1.0m，更优选地为至少1.2m。该长度还可以小于5m，优选地小于2m，更优选地小于1.5m。
[0047]图4示出图1的装置的一个实施例。装置I包括作为水源的连接件3，其连接至水分配网络。栗4将流动通过混合文丘里喷嘴8、混合腔室18、管道20和限流器24的水加压。加压气体的气瓶或气缸6联接至减压器26，减压器经由导管5流体连接至混合文丘里喷嘴8。
[0048]可观察到，管道20形成的混合单元包括沿管道长度的一系列弯曲部，以便紧凑。这些弯曲部可以弯曲至少为90°或180°。
[0049]栗4被构造为在混合文丘里喷嘴进口处以一压力为液体加压，所述压力至少为8巴(bar)，优选地为9巴，更优选地为10巴。由于混合文丘里喷嘴、混合腔室18和管道20具有固有压降，当在混合文丘里喷嘴进口处的压力大约为10巴时，在管道出口处24的压力(即在限流器24之前的压力)大约为8巴。在这样的条件下，与二氧化碳混合的液体可因此沿波纹管道的大部分长度以相对高的压力流动，由此允许气体逐渐溶解到液体中，但是具有非常小的压降。在装瓶时，限流器的存在允许液体的压力以逐渐的减小速率减小到大气压力。这一减小速率避免已溶解的二氧化碳的快速逸出，并因此在龙头出口处产生飞溅。
[0050]上述装置和相应的碳酸化方法允许获得高水平的碳酸化，S卩，至少5gr/升，甚至Sgr/升，同时，装置构造简单。装置可在室温下实现这一碳酸化水平，S卩，无需冷却系统。
【主权项】
1.一种用于将例如二氧化碳的气体溶解到例如水基饮料的液体中的装置(I)，其包括: -用于液体的栗(4); -混合文丘里喷嘴(8)，其具有流体连接至栗(4)的主入口(10)、可连接至加压气体源(6)的至少一个侧入口(14)、和出口(16); 其特征在于，所述装置还包括: -在混合文丘里喷嘴(8)下游流体连接的锥形限流器(24);和 -管道(20)，优选地具有至少0.5m的长度，其流体互连在混合文丘里喷嘴(8)和限流器(24)之间。2.如权利要求1所述的装置(I)，其特征在于，管道(20)是波纹管道，优选地为柔性波纹管道，更优选地为柔性不锈钢波纹管道，更加优选地为具有塑料外套筒的柔性不锈钢波纹管道。3.如权利要求2所述的装置(I)，其特征在于，波纹管道(20)形成波纹脊，其具有高度h和/或相邻波纹脊之间的距离I，所述高度在管道的内径d的5%至20%之间，所述距离在管道的内径d的5 %至30 %之间，优选地在10 %至20 %之间。4.如权利要求1至3中的任一项所述的装置(I)，其特征在于，管道(20)具有内径d，该内径在5mm至25mm之间，优选地在8mm至20mm之间，更优选地在1mm至15mm之间。5.如权利要求1至4中的任一项所述的装置(I)，其特征在于，管道具有在0.15mm至0.3mm之间的壁厚e。6.如权利要求1至5中的任一项所述的装置(I)，其特征在于，管道(20)具有长度，其至少为0.Sm，优选地为至少1.0m，更优选地为至少1.2m。7.如权利要求1至6中的任一项所述的装置(I)，其特征在于，管道(20)具有长度，其小于5m，优选地小于2m，更优选地小于1.5m。8.如权利要求1至7中的任一项所述的装置(I)，其特征在于，管道(20)在多个位置处弯曲至少90°，优选地弯曲大约180°，以便形成紧凑的单元。9.如权利要求1至8中的任一项所述的装置(I)，其特征在于，栗(4)被构造为以一压力对在栗(4)和混合文丘里管道(8)之间的液体加压，所述压力至少为8巴、优选地为9巴、更优选地为10巴。10.如权利要求9所述的装置(I)，其特征在于，锥形限流器(24)被构造为保持管道(20)中的压力，该压力在6巴至10巴之间，优选地在7巴至9巴之间，同时使液体降压。11.如权利要求1至10中的任一项所述的装置(I)，其特征在于，锥形限流器(24)的流动截面沿流动方向逐渐增大。12.如权利要求1至11中的任一项所述的装置(I)，其特征在于，锥形限流器(24)包括壳体(28^282)和在所述壳体内的锥形元件(34)，所述壳体具有沿流动方向发散的圆形内表面，所述锥形元件与所述发散内表面界定环形流动截面。13.如权利要求1至12中的任一项所述的装置(I)，其特征在于，锥形限流器(24)的最小流动截面在Imm2至1mm2之间，优选地为2mm2至8mm2之间，更优选地为2.8mm2和5.6mm2之间。14.如权利要求1至13中的任一项所述的装置(I)，其特征在于，其包括流体连接在锥形限流器(24)和混合文丘里喷嘴(8)之间的截止阀(22)。15.如权利要求1至14中的任一项所述的装置(I)，其特征在于，其还包括流体连接至混合文丘里喷嘴(8)的出口(16)的混合腔室(18)，混合腔室(18)优选地直接联接至混合文丘里喷嘴(8)，以使得所述腔室(18)是所述文丘里喷嘴(8)的出口(16)的直接延伸部。16.如权利要求1至15中的任一项所述的装置(I)，其特征在于，其还包括减压器(26)，该减压器流体连接在栗(4)和加压气体源的一方面与混合文丘里喷嘴(8)的所述主入口(10)和所述至少一个侧入口(14)的另一方面之间，所述减压器(26)被构造为使在所述至少一个侧入口(14)处的气体压力与由栗(4)产生的液体压力相适应。17.一种用于将气体溶解到液体中的方法，例如碳酸化水基饮料的方法，所述方法包括以下步骤: (a)在包括混合文丘里喷嘴(8)的回路中加压液体;和 (b)通过将所述文丘里喷嘴(8)的至少一个侧入口(14)连接至加压气体源(6)，将气体添加到流动通过所述混合文丘里喷嘴(8)的液体中； 其特征在于，所述方法包括: -设置锥形流体限流器(24)，其流体连接在混合文丘里喷嘴(8)的下游;和 -设置管道(20)，其具有优选地至少0.5m的长度，该管道流体互连在混合文丘里喷嘴(8)和限流器(24)之间。18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，其包括使用根据权利要求1至16中的任一项所述的装置(I)。19.如权利要求17和18中的任一项所述的方法，其特征在于，步骤(b)包括借助于限流器(24)和栗(4)将管道(20)中的压力保持在6巴至10巴之间，优选地在7巴至9巴之间。
【文档编号】B01F5/04GK106029213SQ201580009619
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年2月18日
【发明人】S.博尔梅斯, M.沃尔, S.海茨, I.施米茨
【申请人】卢森堡专利公司