专利名称:液体处理的制作方法
本发明涉及液体的处理，更具体地说本发明涉及使水碳酸化和/或配制有味道的饮料特别是碳酸化饮料的设备及方法。
已知使水碳酸化的方法有二类。第一类是将二氧化碳气体喷射于欲充以低压二氧化碳的水中。以使二氧化碳形成气泡而通过水层浮到水面时，使气泡中的二氧化碳被水所吸收。这方法已广泛地被采用，例如家庭中所用的小型碳酸化设备，就是应用这方法的很普通的操作，用以配制足够一个人一次饮用的碳酸化饮料。采用这种喷射法碳酸化的设备的实例可见于英国专利No，412，849(Schwendimann)和美国专利No，2，826，401(Peters)中。Schwendimann和Peters二者均用可以旋转的喷射器，并在其底部末端安装有横向的构件，以资协助二氧化碳和水的混合。喷射法碳酸化的主要问题只在高压下才能有比较好的效果，因此，容器需保持在较高的压力情况下进行碳酸化反应。例如代表性的容器压力可达表压170磅/平方英寸(11.6巴)。
已知的第二类方法中为达到碳酸化的目的包括在二氧化碳的气氛中喷洒水或把水雾化。在这类方法中，碳酸化室予先充满了二氧化碳气体，用喷洒法把水引入室中。另一方法是当碳酸化室部分装入水后，将水向上抽起而喷洒于所述室内水面上的二氧化碳的气氛中。在这种方法中二氧化碳是溶解于喷洒的水滴中，而水滴则携带着处于溶解形式的二氧化碳进入水体之中而产生碳酸化的水，用此法实现碳酸化的典型建议在美国专利2，306，714(Rowell)和美国专利2，391，003(Bowman)中公开过。这些方法中的主要问题与前述相同需要向碳酸化室施加相对地高的气压。同时，这些反应也进行地较慢，要想达到足够碳酸化的程度，是需要相当长的时间的。
因此，本发明的目的之一，在于提供一项改进碳酸化的方法和设备。
按照本发明的一个方面是提供碳酸化的方法，在该方法中所述碳酸化室是部分装水的，在这水面上的其余空间提供着二氧化碳的气氛，所述方法包括连续地或反复地把气体从所述气氛中压进水中。
在本发明的另一方面提供了碳酸化的设备，所述的设备包括一个碳酸化室适合于在该室中部分地装水，并于室中水面之上，包括含有二氧化碳的气氛。并配备能连续地或反复地把气体从所述气氛中压进所述水中的设施。
本发明的其他另一方面，提供了碳酸化的设备，所述设备包括一个碳酸化室，，在该室中适合于部分装水，并于室中所述水面之上的空间是充满了包括二氧化碳的气氛，还包括一可移动的构件，最好是可转动的构件，在操作中可在所述气氛和所述水之间反复地移动以便造成所述气氛中气体向下移动而进入所述的水中去。
按照本发明又另装一个方面提供了碳酸化设备，所述设备包括一个碳酸化室，在该室中适合于部分装水，而在水面上部空间包括着含有二氧化碳的气氛，同时还包括一构件，所述构件为可绕一非垂直轴转动转动的构件，并具有多个叶片。所述转动轴以水平转动轴为最好。
已发现可按上述本发明所定义的优选方面，在不需采用高压的情况下，也可以实现碳酸化。典型的，采用的压力约为表压100磅/平方英寸(6.8巴)已是足够的，甚至可以用低压，如降压到60磅/平方英寸(4.1巴)。本发明尤其适合应用于家庭的设备中，其中碳酸化室容量，即每次所装的碳酸化水量是足够供一个人饮用一次的量。
专利申请人承认美国专利3，044，878(Knedlik)公开了一种为制造半冰冻饮料的设备，这专利的图案中所显示的设备，包括一圆柱形室，并按其水平轴方向进行安装。将已与调味浓缩物预先混合的水与二氧化碳，送进室中，基本装满该室，并使室内的液体温度保持在冰点以下，为了防止形成冰粒，在所述室内安装着一部转动轴水平放置的、并具有叶片的转子，所述转子的转轴由所述的圆柱形室的一端伸展到其另一端，其叶片伸展到靠近所述圆柱形室的圆柱形内壁的位置。驱动转子以给予液体强烈而连续的搅拌，由于液体装满所述的室，转子也是从室内的一端基本上伸展到另一端，而且是伸展到靠近室内壁的位置，所以室内的液体将被扫掠并和圆柱形室内壁相接触的。因此，在室内的水面上没有明显而可见到的二氧化碳气氛，而叶片没有起到如本发明优选形式中所述把二氧化碳压入水中的作用。再者按Knedlik的专利当设备空转和排出饮料时，其转子均仍在连续的转动，这时圆柱形室内同时为新的溶液所填满。以便保持室内是满装的。在这一点上，本发明的优选形式是先把碳酸化作用停止，而后把已碳酸化的溶液排出，在这样的情况下，将室内的液体排空，因为在排放液体时如仍在搅动则可能导致发生脱碳酸化作用。这种Knedlik设备是为商业上采用而制造的，由它可获得连续的饮料供应;因为构造太复杂和价格高昂，而不适合供家庭应用，申请人同时还承认Knedlik声称二氧化碳与水可以从分别不同管道输入室中，但即使如此进行改进，Knedlik设备中所用的转子的功能是不会变，而在水面上是没有明显可见的二氧化碳气氛。
正常情况下，碳酸化饮料是与调味浓缩物(糖浆)混合的。为此，除了在碳酸化设备中有供应碳酸化水装置之外，还宜提供配制经选择的调味浓缩物及将该调味浓缩物与碳酸化水进行混合的装置。已知的配制调味浓缩物方法包括向装有调味浓缩物的容器中供应二氧化碳，并在二氧化碳供应罐的二氧化碳压力下，将所需量的调味浓缩物从其容器中迫向配制喷咀，并由该喷咀排入杯中，以便与碳酸化的水混合。上述美国专利2，391，003(Bowman)解释了这个方法。这一方法的缺陷是浪费了二氧化碳。
在另一方面，本发明涉及配制调味浓缩物的改进方法。
按照本发明又另一优选方面，碳酸化设备是包括一个接收水及二氧化碳的碳酸化室和调味浓缩物配制装置，该调味浓缩配制装置利用经碳酸化反应后从碳酸化室放出来的气体使该浓缩物移动，从而便于对该浓缩物的配制。最好是，将所述调味浓缩物直接从它的容器中利用从碳酸化室所放出来的气体的压力送入一排料喷咀。
在另一优选的方面，本发明提供了碳酸化方法及设备，其中为达到碳酸化，须对碳酸化室进行加压，并利用碳酸化室的压力导致调味浓缩物移动至配制喷咀。在一优选形式中，碳酸化室的上部经过一个阀门而接通到调味浓缩物容器的上部，这样，只要开启阀门，则调味浓缩物容器亦被加压。
以这样的方式，即可对调味浓缩物进行配制而又不浪费新鲜的二氧化碳，意即，直接由二氧化碳供应罐获取的二氧化碳。
申请人:承认美国专利3，809，292(Booth)曾经公开过一种商业上采用的碳酸化设备，其中对碳酸化的饮料是连续地供应。水的碳酸化是在碳酸化室用如以上介绍的喷射法进行，水是部分装在维持于高压下的碳酸化室内，从此室内引出来的压力可供给到调味浓缩物容器中，以供排放调味浓缩物之用。但是，这公开专利中，碳酸化室在碳酸化过程终了时并不减压。因此，该专利并未曾公开过利用否则会被废弃的二氧化碳对调味浓缩物容器进行加压的概念。
碳酸化设备最好包括着一定数量的各自包含不同味道的调味浓缩物的容器。先有建议的设备中，所述容器是经过多个电磁开关阀门连接到供排放调味浓缩物的出口喷咀。通过激励合适的阀门进行调味浓缩物的选择;但这种装置是比较昂贵的。
按照本发明的另一优选方面，调味浓缩物的选择装置，包括一系列阀门、人工操作的可实现选择的活动部件、及按照所选择部件的位置以供激励所述阀门的机械装置。
在一优选的形式中，所述选择部件或其中的一部分是用作传递从激励部件至选择阀门的活动。所述激励部件是这样布置的，当将一只杯子放在接领碳酸化的水和调味浓缩物的位置时，该激励部件即进行操作以便进行饮料的配制。
在一优选形式中，碳酸化饮料的配制设备包括一个激励部件，在动作时可以开启第一阀门来放出碳酸化的水，同时开启从多个阀门中选择好的一个阀门来放出所选择的调味浓缩物;一个可动的选择部件用于选择需开启的其他阀门。在一优选形式中所述选择部件和第一阀门的部分相连，使当第一阀门开启时，差不多同时也开启了其它的预先选定的阀门。
各种不同味道的调味浓缩物，一般具有不同的粘度，为此需控制配制的调味浓缩物的量。在本发明的另一个优选形式中提供的碳酸化设备，能够从多种调味浓缩物中配制经过选择的一种不同的调味浓缩物，配制各种调味浓缩物的装置包括从各种调味浓缩物容器向排放点输送相应的调味浓缩物的管道，所述的管道中至少有一个其管孔之截面积与其他的管是不同的，或者，至少其中之一补偿调味浓缩物间粘度的差别。有一了这样的安排，在确定配制的量的同时，可以利用同样的压力来排放每种调味浓缩物。
本发明可进一步用附图来描述，其中图1显示按照本发明优选实施方案的设备的图。
图2显示按图1的箭A的方向，设备的一个部分侧视图。
图3是一幅显示图1及图2中的设备是如何进行碳酸化的图。
图4是显示图1中设备内包含的阀门部分单元的剖面图和该阀门单元在其关闭状态。
图5和图4相似，但显示出阀门单元是在其开启状态。
图6显示图4、图5的阀门单元部分的顶视图。
图7与图6相似;但显示调味浓缩物的选择器元件是在不同的位置的顶视图。
图8是说明包括在图1的设备中的一个控制单元的框图。
图9是一张时间表，显示在图8中的控制单元控制下的各种操作的时间。
图10简略说明在图8中的控制单元所遵循的程序的侧视图。
图11与图2相似，显示图1设备的一个改进侧视图。
图12，是图11按箭头B的方向的侧视图。
图13显示了图1设备的进一步的改进。
图14说明设备的更进一步改进。
图15按照本发明的另一实施具体方案的碳酸化设备的图示。
图16是通过包括在图15的设备中的碳酸化室的剖面图。
图17是包括在图15及16的设备中的转子的透视图。
图18至21在四个不同位置上碳酸化室的进水阀门。
图22显示通过安装在二氧化碳供应罐上的二氧化碳控制阀门装置的一个剖面图。
图23是用于碳酸化室排放碳酸化的水和选择调味浓缩物的阀门装置的顶视图。
图24至25为图23中在A-A线上的剖面图，分别显示阀门在关闭和开启时的位置。
图26是包括在图15的设备中的电路框图。
图27是一张时间图表，说明图15至26中的装置的操作情况。
关于图1，碳酸化设备包括碳酸化室10，储水箱12，二氧化碳供应罐14，调味浓缩物供应装置16。阀门单元18，是设在室10的底部，来自室10的碳酸化的水和来自装置16经选择的调味浓缩物配制在杯20内。
从储水箱12，经过继电器S2控制的阀门V2，管道22和设在室10内部的球形阀供水至室10，室壁有一个通风孔26，通过管28连接到室10内，当向室10填充水的时候，空气可以从该管排放出去，管道28插在室10内一段深度，即在室10填充水直至以W标记的所需水平面时，该管的底部能恰好浸没在水面之下。
二氧化碳从供应罐14经过继电器S1控制的阀门V1及管道30供应到碳酸化室10的上部。
气孔26中放置球29，它是如此安排以致在向室10加压而使水压进管道28时，球29可将通风孔26封闭。为此目的，该球是可以向上移动，以使与位于通风孔26顶部的阀座31产生封闭性的接合。球29还这样的安排，当将二氧化碳导入室10而使水平面降到管道28的底部下面时，在这样的情况下在室内10进行的碳酸化反应可以完成。
搅拌器32是装在室10的内部，可绕其水平轴转动，由装在室外的电动机36的轴34驱动，轴34可穿过室10的壁的开口处进入室10内，用适合的封闭物料使之很好地水密封。另外，轴34可用磁偶合的方法和电动机36相连接。
搅拌器32包括三对叶片38a、38b，40a、40b和42a、42b，其中每对中的二个叶片(如38a与38b)是在轴35上直接的彼止相对的位置上安装的，而叶片40a与40b安装在轴34上叶片38a与38b的左边的位置，并与之相对间成一角度，而42a与42b则按装在轴34上叶片38a与38b的右边，并与之相对间成另一角度。所述的角度使六个叶片间等角分隔地围绕在轴34上。从图上可看到38a是伸向水平线W的上面并几乎达到室10的顶部，而38b几乎伸向室10的底部。在图2中L表示当设备是处在水平位置，搅拌器停止转动而叶片处在最高位置时，各叶片突出水平面W的那一部分的长度，D表示叶片转动时叶片顶部所扫掠的圆圈的直径，L至少为D的5%，D的12%以上较好。作为实现最佳碳酸化过程特别优选L是D的12%至15%。当搅拌器32转动时，叶片从水里向外移动进入水平面上的空间而又返回水中去。
在操作时，室10是部分装水，达到水平面W。开启阀门V1，使二氧化碳进入室10的水平面以上的空间中，压力开关44可以感测室10中的气体的压力。一旦压力达到所需要的水平，最好是在表压60至140磅/平方英寸(9.6巴)，例如在表压100磅/平方英寸(6.8巴)，继电器被激励而关闭V1。球形阀门24可制止水因室10内压力而向管道22倒流，当室10内的压力上升到所需要的值时，就驱动电动机36，使搅拌器转动起来。典型的情况为叶片的转动速度从500至2000转分，最好是在1000至1500转分范围之内。持续转动几秒钟，如5秒，此时水的碳酸化反应正在进行。碳酸化的程度可按搅拌器转动的时间，和/或室10水面上含二氧化碳的空间中的压力的变化而变化。
搅拌器的作用在于把水面上部空间中的气体压入水中去，要求压入水中的气体愈多愈好，而且应该进行到这样的程度，使碳酸化的程度愈深愈好。为达到这样的目的，如上所述，叶片的尺寸，几乎可达到室10的顶部及底部。同时，在叶片转动时，可将室10中处在底部的水移动到较高的水平面，从而各水平面的水能被均匀地碳酸化。另外这搅拌器可使水产生强烈的搅动，从而飞溅到二氧化碳的气氛中使之有助于碳酸化反应，促使达到均匀碳酸化。如图3所示，各叶片除了可以把叶片前的气体形式的二氧化碳压入水中之外，还可以在叶片后产生涡旋，从而可以把气体形式的二氧化碳吸入导致把所述气体带到水中去。图3还显示出叶片转动时所产生的流体的流线。从从图1中可知搅拌器32是安装在室10的一边，从平面图看室10的断面以圆形为最好，以这样的安排在室10中的搅拌器开动时水也跟着在室中转动，可以见到不同部分的水，均会经过搅拌器而受到碳酸化的作用。
在碳酸化过程进行中，在室10水平面上的空间中二氧化碳气体为水所吸收，而使气体压力下降，这将会被气压开关44感测到，当压力下降到一定水平时，如下降表压5磅/平方英寸(0.3巴)时，阀门V1又重新开启而放入二氧化碳到室10中。
调味浓缩物的配制装置16包括3个容器46、48、和50，各储有不同味道的调味浓缩物，用汲取管52，54及56分别插入容器46，48及50中，调味浓缩物且几乎直插到底部，并分别通过管道58，60及62与阀门单元18连接，以便从容器中分别输送出调味浓缩物。容器46，48，50的上部经过管道系统64连接至室10的上部。由继电器S2所控制的阀门V3是安装在管道系统64中。
待室10中的碳酸化反应终了时，即开启阀V3使容器46，48与59的上部亦能利用室10上部的气体进行加压。接在管道系统64上的减压阀66，可限制46，48及50三个容器中的压力至预定值，如2磅/平方英寸(0.1巴)。所以容器46，48及50均被加至相等的压力，该加压作用使容器中的调味浓缩物受到足以将调味浓缩物分别从它们的容器中进行配制的力。因各种调味浓缩物的粘度不同，汲取管55，54，56和/或管道58，60及62孔径是预先选定以保证所需的调味浓缩物的量是可供作配制的必需量。仅仅作为实例，以可口可乐为配料，汲取管及连接管的管径为6毫米，当用柠檬酸汁时则可用3毫米管径，当用来配制补身剂则管径亦可选为3毫米。
图4～7中已解释过的阀门单元18的细节，它有三个功能(1)它可以降低碳酸化室10的压力，(2)它可从容器46，48及50中的调味浓缩物中选择需给予配制的哪一种，且配制所选择的调味浓缩物，(3)它可以从室10内配制碳酸化的水。
用于把碳酸化室10的压力降低的阀门单元18，包括一个排气阀68，它是经过管道70及部分管道30而接到碳酸化室10的顶部。排气阀68包括可活动的阀门部件68a，用弹簧把它推到上部关闭的位置上。激励杠杆72的一端点72a与阀门部件68a枢轴连接，以便将将阀门部件68a向下推动以开启阀门68。由此将室10上部的气体通过管道30及70和阀门68排放到空气中去。
激励杠杆72包括上臂段72b和指向下的臂段72c。杠杆72是由支点72d，在介于上臂的端点中间连接在圆形中空的套筒74上，而该圆形中空的套筒是装于室10的底部10a可供垂直滑动的孔内。圆形套筒74形成阀门供碳酸化的水从室10排放出去之用。为此目的，在该套筒的近顶部位置开了侧孔74a，且具有头76b并带上封口76，该封口76，当套筒74是处在最低位置时，与室10的底壁10a的内壁表面相切合，以使在这种情况下水不能从室10中逸出。
当碳酸化反应完成后，室10是经加压，而使阀门头76紧紧地压住室10的底壁10a内壁表面。为此，如图4，当杆72的指向下的臂段72c按箭头X所示方向向左移动时，杠杆72会绕支点72d而转动，套筒74保持不动，这样阀门68被打开;因此而降低室10内的压力。如臂72c继续按图4中箭头X的方向向前移动，可使这杠杆绕它的末端72a为支点而转动，以使套筒74向上滑动到图5所示的位置，这时套筒阀门74就打开而使碳酸化的水从室10内排出。激励杠杆72的设计是使指向下臂的段72c安排成可与杯20相接合，因此如图4及5当杯20相对于阀门单元向左边移动时，阀门68首先开启，套筒74为室10内的压力所支撑而仍保持不动，之后当室10的压力一旦降低，套筒74就会向上移动而使碳酸化的水从孔眼74a及套筒74而排放到杯20中。
阀门单元18包括三个调味浓缩物配制阀78，80及82分别与管道58，60及62相连接。阀门78，80及82基本上是同样的结构。如图4及5所示阀门80包括可垂直移动的阀门部件84，用弹簧86向下推到如图4的关闭位置上。调味浓缩物选择棒88是安装在套筒74的下端并可绕其垂直轴而转动。在选择棒88的一端有按钮或手柄90，以便实现其转动而使其另一端92能在所选择的阀门78，80或82之一的位置的下方。图6显示了棒88的终点92是在阀门80的位置的下方，而图7则显示它是在阀门82的位置的下方。因此，由于杆72的激励而升起套筒74时，而可排放碳酸化的水到杯20中，所选择的阀门78，80，或82中之一与棒88的末端92相接合，以便通过阀门部件84被提升而开启该阀门。阀门部件84的结构与套筒74相似，它是侧面有孔眼的中空体，使选定的调味浓缩物，通过选定的阀门部件84、选择棒82中的孔眼94排放出去而流入杯20中。如上面所说的，调味浓缩物的排放是由于调味浓缩物容器的上部通以压力所致。
为避免一种调味浓缩物和另一种调味浓缩物发生彼此间互相污染，棒88上提供分别独立的孔眼94以配合不同的阀门。这就需要对孔眼94与阀门78，80与82进行适当的定位。另外，孔眼94应足够地大，以保证调味浓缩物通过孔眼94而不致于接触其边界，从而防止污染。当然，在这样的情况下，棒88接合阀门部件84的目的在于协助开启相关的阀门。再另外，阀门部件84，可具有向下突出且通过孔眼94的喷咀，以保证孔眼94不会受污染。
参照图8，微型控制仪100从能源102接收能量，并具三条输入线路分别接受来自启动钮104、压力开关器4和碳酸化反应时间选择器106的信号。微型控制仪100有电流输出到继电器S1和继电器S2，到马达36与3个指示器108，110及112，以分别指示二氧化碳的供应量较低，以使机器的操作者等待，一俟碳酸化完成后才能配制饮料。从图8及9可看到，当按下“启动”钮104，接通“等街”指示器110，继电器S2通上电流而启动了阀门V2，这时清水就可从槽12流向碳酸化室10，与此同时阀门V3打开，但这时没有什么显著的作用。控制仪100的程序安排成保持将V2打开5秒钟，这套设备设计成能在这段时间里，流向室10的水的流通量足以在五秒钟内将水装到所需要的水平面W，然后控制仪100会使继电器S2断电，并关上阀门V2，同样地关上阀门V3。随后使继电器S1通电，而把阀门V1打开，使二氧化碳气体进入室10的水面上的空间中。连续地用压力开关44感测空间里的压力，当压力达到所需要值如表压100磅/平方英寸(6.5巴)控制仪100将继电器S1断电，从而关闭了V1，另一方面如在两秒钟以内压力达不到这水平时，控制仪100也将S1断电，阀门V1关闭，同时还将低压气体指示器108通上电流。控制仪100又使马达36通电，而使室10中的水碳酸化。马达36通电时间按照使用人对碳酸化程度的要求而定，该要求是通过确定碳酸化选择器106来实现的。如图9所示，碳酸化的时间一般是在2至5秒内变化。又从图9及10中可见到，在碳酸化过程中，压力开关44将时刻指示出室10上部因二氧化碳为水所吸收压力下降的情况，如每减少5磅/平方英寸(0.3巴)指示一次，当发生此种情况时，阀门V1又打开，直到压力重达需要的水平，如100磅/平方英寸，由于压力开关44的开和关动作而致影响阀门V1的开启和关闭在碳酸化反应的时间内会多次发生。
当选择的碳酸化时间完成后，继电器S2又通电，这时是为开启阀门V3(虽然V2也开启，但无甚作用)，因此，利用了室10的气压将调味浓缩物容器46，48和50加压。阀门V3维持开启状态二秒钟，然后关闭。随之，控制仪将“即用”指示器112通上电流，从而使用者可通过阀门单元18配制饮料。
显然，室10中所储的水量最好是足够供一次饮用，因此作为实例，室10的总容量可为9.5液盎司(0.27升)，将设备安排成按容积计室10的5/6供储水，而其余的1/6则充气体。这样，每次开动设备时可以配制约8液盎司的碳酸化水。但这些数据是可以变动的。
图11与12显示搅拌器的改进形式，在这种改进中，提供了二对叶片120a，120b和122a和122b，如图11所示各叶片按其旋转方向向前弯曲以协助保证有效地把气体驱入水中。从图12中可以看到叶片对120a及120b是位于叶片对122a，122b的旁边。
在图13的改进中，将皮带124安装于转动轮126上，在该皮带上还附着多个杯128。当皮带124为轮126驱动时，杯子会收集在水平面W之上的气体，而把气体压进水中，使碳酸化反应实现。
在图14的改进中，提供往复倒置盖罩部件130，该部件可由其在水平面W让的实线位置移动到其在近室10底部的虚线位置。如此，当部件130垂直地上下往复运动时，可将气体压入水中，从而达到碳酸化的目的。
在本发明的范围内，还有其它各种改进，例如，所述的碳酸化方法可以在与调味浓缩物配制装置及上面曾经说明过的特定阀门单元18无关地的情况下，应用于不同形式的设备中。同样，上面说明过的调味浓缩物配制装置也可与其他形式的碳酸化设备及其他形式的选择阀门装置一起使用。上面说明过的选择阀门装置也可与其他形式的碳酸化设备及其他调味浓缩物供应装置一起使用。
有关更进一步的改进实例，如可以变动操作的时间，可以安排马达36在室10的压力达到压力开关44选定水平之前先通电，按这样的改进，一旦有二氧化碳进入室10时，碳酸化就可以马上开始。
其他的改进还包括除了图4与5所示的装置之外，尚可提供在排放碳酸化的水之前使室10的压力降低的装置。或者还可把设备结构加以改良即可在压力下排放碳酸化水。
此外，尚可将阀门作为调节装置而安装在管道58，60及62上，以便控制和改变调味浓缩物的量的方法，来代替上述用不同管道孔径进行调节的方法。
图16所示的碳酸化装置包括碳酸化室200，它在204处与储水器202连接。二氧化碳供应罐206通过阀门装置208及供气管道210与碳酸化室200连接。碳酸化室底部装有阀门212，以排放碳酸化的水以及选自调味浓缩物瓶214，216及218中之一的调味浓缩物。这些调味浓缩物瓶通过调味浓缩物供应管道220与阀门212连接。在碳酸化反应之后，可利用碳酸化室200的二氧化碳向调味浓缩物瓶214，216和218加压。为此，调味浓缩物瓶214，216和218通过气体管道222，阀门装置208和气体管道210与碳酸化室200连接。
碳酸化室200包含转子224，所述转子由圆柱体226和6个径向叶片228组成。转子224绕水平轴旋转，其功能与图1和图3所示转子32相同，即用作将气体形式的二氧化碳从水平面之上的二氧化碳气氛驱入水中，使水碳酸化。转子224支撑在传动轴225上，该轴是由设在碳酸化室200外的马达230驱动的。碳酸化室200中还有阀门232，用于控制从储水器202输送到碳酸化室200的水流量。在图16中，阀门232处于全关闭位置，假定碳酸化室200充水至水平W处并利用供应罐206中的二氧化碳碳加压，以便为碳酸化反应作准备。密封圈233防止水从轴225漏出。图16所示的L和D表明与图2中所示的具有同样特点，并且具有相同的关系。
阀门232由与圆筒形轴套236紧配合、但可以进行相对运动的圆筒形套筒234，盘形阀体238和向下伸出的阀杆240组成。阀杆240与碳酸化室底部200相接合，以限制所述阀门的向下运动。栓柱242与轴套236内侧构成一整体，接合在套筒234的槽244内。由图18至图21可以看出槽244的形状。
图18至图21为该装置作业时假定阀门232所处的各种位置。图18，所述阀门处于与图16中相同的位置。从该图可以看出，所述阀间处于其最上的位置，使O-环246压缩在阀体238与圆筒形轴套236下端表面之间，从而形成气密封。在此位置，栓柱242位于槽244的最低处。如上所述，当碳酸化室200用二氧化碳加压时，假定阀门232处在图16和图18中所示的位置。完成碳酸化反应后，当碳酸化室200降压时，在阀门232处的水的重量便使其从图18中所示位置向下运动至图19中所示位置，此时，槽244壁上的水平支撑面247被栓柱242支撑，从而阻止阀门232进一步向下运动。在图19所示位置，阀门仍然是关闭的，所以水不能从储水器202进入碳酸化室200(虽然可以理解，会有少量的渗漏现象发生)。将阀门从图19中的位置绕垂直轴旋转到图20中的位置便会开启阀门。在图20中的位置，支撑面247离开了栓柱242。这种旋转是通过转子225的瞬间旋转，从而使叶片228中的一个部分228a与盘形阀体238侧边伸出的栓柱248相接合，这种接合可见于图20中。当阀门232旋转至图20所示的位置后，它便可以在水的重量作用下进一步下落，直至阀杆240与碳酸化室底部接触，如图21所示。在此位置上，槽244和套筒234上的另外的槽250，均位于轴套236的下方，从而使水可以通过这些槽流入碳酸化室200中。
当水上升至接近水平面W时，阀门232上浮，直至它返回到图20中所示的位置。此时，再次切断供水。其后，加压下将二氧化碳送入碳酸化室200，阀门232迫回至图18中的位置。当它从图20中的位置运动至图18中所示的位置时，槽244中的倾斜面252与栓柱242接合，从而使阀232旋转，而栓柱242再次位于槽244的最低部位，如图18所示，位于支撑面247之下。
阀门装置208的设计是新颖的，其更详细的情况示于图22。它包含阀体252，该阀体具有罩盖装置254，以普通的方法(图中未示出)，例如螺纹，与二氧化碳瓶206相连接。使用普通的方法(图中未示出)将阀门装置208与瓶206连接，使瓶206内部与阀门装置208相连通，而使进行连接时，没有造成很大的二氧化碳气体的损失。
阀体252具有通路256，它经过阀门258与瓶206的内部相连接。供气管道210与通路256相连接，从而使阀258打开时，瓶206中的二氧化碳可以供应到碳酸室200中。通路256还经过通路260及管道262与压力传感室264相通，该传感室的一个壁为膜片266所组成。继电器268的线圈274紧固的杆272上，杆的下端与膜片266的上表面接合，且受压缩弹簧272的向下压力。继电器268铁芯(图中未示出)通过杆276与杠杆280的一端278相连接;杠杆280的另一端通过枢轴282与阀286的阀杆284相连接。该阀门位于阀体252上，当阀门打开时，使供气管210和222彼此相通。阀258具有阀杆288，它在杠杆280的中间位置支撑着该杠杆。如图22所示，为电接触器290构成的压力敏感开关。当压力传感室264的压力达到某一数值，足以使膜片266上升时，压力敏感开关便给出一个相应于压力值的电信号。
继电器268通电时，将杆276向下拉，从而使杠杆280绕枢轴282为支点而转动，因而把阀门258打开，使二氧化碳气供应到碳酸化室中。弹簧272的强度保证当继电器268通电时，杆276被向下拉，而不是杆270被弹簧272的力向上拉。碳酸化室200的压力膜片266感受，当压力达到足以使碳酸化反应开始时，比如表压100磅/平方英寸(6.8巴)，膜片266上升。压力敏感开关290也打开，给出一个信号，表明已达所需压力。膜片266的向上运动使整个继电器268上升，所以杠杆280绕枢轴282为支点向上转动，阀门258在气瓶206的压力的作用下关闭，阀杆288对杠杆280的作用力使阀286处于关闭位置。此时，碳酸化反应便可开始，当二氧化碳被吸收到碳酸化室200内的水中时，碳酸化室200的压力将有所下降，使膜片266向下运动，因而阀门258再次被打开。将达到平衡状态，在这状态下，阍门258与开的情况刚好足以维持碳酸化室200进行碳酸化反应所需要的压力。
当碳酸化反应完成之后，继电器268断电。其后，碳酸化室200，供气管路210和通路256的压力足以打开阀286，从而向调味浓缩物供应容器214，216和218加压。利用降压阀门(图中未示出)将调味浓缩物供应容器214、216和218的压力限制在大约2磅/平方英寸(0.1巴)。阀门286起止逆阀门的作用，保证当碳酸化室200排空时，调味浓缩物供应容器214、216和218的压力不损失。
阀208制造特别简单而且造价便宜，故具有优越性，尤其是只需要一个继电器。
如上面所述的具体实施方案中，在所述的具体实施方案的叙述中，通过驱动转子224，使叶片228连续地和反复地在碳酸化室200中的水和水面上的二氧化碳气氛之间运动，从而使二氧化碳从气氛中进到水中实现碳酸化反应的。根据压力敏感开关290来的信号起动驱达230，开始碳酸化反应。
从碳酸化室200排出的碳酸化的水，以及从容器214、216和218中选择所需调味浓缩物，是依靠阀门212进行的，此阀门的详情示于图23至图25中。
阀门212具有固定在碳酸化室200下端的阀壳300以及套筒302，在该套筒上安装圆筒形阀门部件304，以便垂直滑动。在阀门部件304的顶部有阀帽306。当阀处于关闭位置时，阀帽与室200底部内面表相接合，以防止从碳酸化室200排出水。这种位置示于图24。如图25所示，阀门部件304可以上升达到打开位置，此时水便可以从室200经过孔308，再经过圆筒形阀门部件304的内部向下，并从阀件304开口底部末端排出。
如图25所示，激励杠杆310可以绕枢轴旋转，以将阀门部件304提高到打开位置。激励杠杆310由从阀帽306向下延长的、并穿过杆310上的一个孔314的轴梗312定位。相对于轴梗312而言，孔314的大小足以使杠杆310能绕枢轴轴动。阀壳300的内层弧形壁316起了杠杆310绕枢轴转动的支点的作用。所述绕枢轴转动是由操作人员按住杠杆310的外端部分310a而实现的。杠杆310可以绕轴梗312在水平面内旋转，并且在由阀壳300的外层弧形壁320上的凹槽318所规定的三个位置的任一位置上，可使杠杆310如图25所示绕枢轴转动。外层弧形壁320可以防止杠杆310在不处于凹槽318中的任一位置时发生绕轴枢转动。通过分别指向上和指向下的弧形延长部分313和315可使杠杆310稳定;该延长部分313和315分别接合在套筒302的外表面和弧形壁316的内表面上。
当激励杠杆310位于由凹槽318所规定的某一位置上时，其内端310b便与三个调味浓缩物选择器322之一连接。当杠杆310如图25所示绕枢轴转动时，相应的选择器阀322便顶着弹簧324而打开，使相应的调味浓缩物经过相应的管道220及与阀322连接的相应轴套326进到阀壳300内部，以便与碳酸化的水混合。调味浓缩物和碳酸化的水从阀212落入适当的容器中，例图15所示的杯215中。图22至图25所示的调味浓缩物选择器和阀门装置是极易制造且造价便宜，同时其优点在于碳酸化的水具有冲洗阀门322及其周围的趋势，从而可以避免不希望出现的滞流的调味浓缩物的聚集。
上述讨论的具体实施方案包括有一个简易的控制装置，将参照图26和图27加以叙述。该控制装置具有控制系统400;它有作为输入的“起动”按钮402和“停止”按钮404，以及压力开关290。控制系统400有4个输，分别与继电器268、马达230、安装在装置外部的指示灯406以及也安装在装置外部的低压指示器408相连接。
如图16所示，当按下起动按钮402时，马达230瞬即起动，使转子224旋转，而使叶片部分228a与栓柱248接合，因而打开阀门232，使水进入碳酸化室200。装置的设计可使水流入碳酸化室的速率为5秒钟结束后，水的高度达到所需水平面W。时间间隔是由控制系统400来调节。在此时间间隔结束时，控制系统400便发出信号，使继电器268接通，从而经过阀门258向碳酸化室供应二氧化碳。经过暂短时间之后，碳酸化室达到所需压力，此时压力开关290发出相应的信号给控制系统400，控制系统400使马达230旋转，从而开始进行碳酸化反应。如果在预定的时间内未达到所需压力，则控制系统启动低压指示器408。碳酸化反应可以在最长为5秒的时间内连续进行，该时间是由控制系统400调节的，并在接到压力开关290的信号后即开始反应。但是，如果饮用者需要低水平的碳酸化，则在任何时间可以按下停止按钮，而停止碳酸化反应。当需要低水平的碳酸化时，为了帮助操作人员确定在什么时候终止碳酸化反应，控制系统400使指示灯406在进行碳酸化反应的5秒钟内间断地闪光。因此，通过对闪光次数进行计数，操作人员便可对已达到的碳酸化水平有所掌握。图27所示的操作，碳酸化是在指示灯两次闪光之后决定的。在为期5秒钟的碳酸化反应结束后，控制系统400使指示灯亮一段时间，指示碳酸化已完成。当碳酸化反应因操作人员按下停止按钮404或达到了5秒钟碳酸化期限而停止时，控制系统400使继电器268和马达230断电。然后，如上所述，使调味浓缩物容器加压。操作人员可以旋转激励杠杆310至所需位置，以选择所希望使用的调味浓缩物，然后压下杠杆310，以排放碳酸化的水及所选择的调味浓缩物。当然，如果需要时，可在弧形壁320上提供另外的凹槽318，使操作人员仅排放出碳酸化的水而没有任何调味浓缩物。
从上述可知，参照图15至图27所描述的这种具体实施方案，较前述的具体实施方案制造更为简单且造价更为便宜。前述的具体实施方案所给出的各种数据，诸如转子的旋转速度，气体压力等等，都可适用于图15至图27所示的具体实施方案中。
权利要求
1.一项碳酸化水的方法，其中一个碳酸化室是部分地装水和在所述的室内水平面的上部提供包含二氧化碳的气氛，其特征在于通过移动气态形式二氧化碳使之从所述的气氛中而进入水中。
2.按照权利要求
1的方法，包括在所述气氛和水之间连续地或重复地移动至少一个部件，以期从所述气氛把气体抽吸或压入水中。
3.按照权利要求
2的方法，包括停止所述部件的移动，而从所述室内排放出碳酸化的水。
4.碳酸化设备包括碳酸化室(10;200)，装置(12，100;202，400)供所述室部分地装注着水与装置(14，100;206，400)为在所述室内的水平面之上提供包含二氧化碳的气氛，其特征在于通过装置(32，224)将所述气氛中的气态二氧化碳向下移动而进入水中以便把水碳酸化。
5.按照权利要求
4的设备，其中所述移动二氧化碳的装置包括安装上部件(38，128;130，228)供在所述气氛与所述水之间运动之用;以及装置(36，230)供所述部件在所述气氛和所述水之间产生重复的或连续运动之用。
6.按照权利要求
5的设备，包括转子(32;224)，而其中所述部件为转子上的叶片(38;228)。
7.按照权利要求
6的设备，其中所述转子(32;224)具有水平的转轴。
8.按照权利要求
6或7的设备，其中如D是叶片(38;228)顶部在转子(32;224)转动时所扫掠的圆圈的直径，而L是在设备是水平放置，转子停定而叶片达到最高的位置时，该叶片超出水平面(W)部分的长度，L至少为D的5%。
9.按照权利要求
8的设备，其中L至少为D的12%。
10.按照权利要求
9的设备，其中L为D的12%至15%。
11.按照权利要求
6至10中的任意一项的设备，其中所述转子(32;224)具有多个所述叶片(38;228)。
12.按照权利要求
5的设备，其中所述部件(130)是为在所述气氛与所述水之间往复运动而安装的。
13.按照权利要求
5的设备，其中所述部件(128)可绕着伸展于所述气氛和所述水之间的无末端路径而运动。
14.按照权利要求
13的设备，其中所述部件(128)是安装在限定所述无末端路径的无末端弹性元件(124)上。
15.按照权利要求
14的设备，其中所述无末端弹性元件(124)携带多个所述部件(128)。
16.按照权利要求
12至15中的任意的设备，其中所述的或每一部件(128;130)以杯为其形状。
17.按照权利要求
5至16的设备，包括储水容器(202)连接到室(200)以向该室供应待碳酸化的水，而阀门装置(232)为控制从所述储水槽到所述碳酸化室的供水量，所述可活动部件(228)安排成当所述可活动的部件(228)发生瞬间运动时，即可将阀门(232)打开。
18.按照权利要求
4至17中的任意一项的设备，包括装置(100;400)以改变激励所述装置移动二氧化碳的时间从而改变所达到的碳酸化的程度。
19.按照权利要求
4至17中的任意一项的设备，包括装置(100;404)以供按预定时间终了之后，自动地终此所述装置移动二氧化碳的操作。
20.按照权利要求
19的设备，包括人工操纵的关闭装置(400)，以供在所述预定时间终了之前，终止所述操作。
21.按照权利要求
19的设备包括装置(106)以便在多个不同的预定时间中选定一个时间，供选择所需达到的碳酸化的程度。
22.按照权利要求
4至21中的任意一项的设备，包括装置(44，290)以供控制所述二氧化碳的气氛的压力，使之在表压60磅/平方英寸(4.1巴)至140磅/平方英寸(9.6巴)之间。
23.按照权利要求
22的设备其中所述控制装置(100;400)在操作中可保持所述压力为表压100磅/平方英寸(6.8巴)。
24.碳酸化设备，包括碳酸化室(10;200)，用作向室(10;200)供水的装置(12;202)，用作控制储水装置的装置(100;400)以使所述水只部分地装注于所述室中，使所述室(10;200)中水面上形成包含二氧化碳的气氛的装置(14;206)，用作从所述室中排放碳酸化的水的装置(18;212);其特征在于安装在所述室中的转子(32;224)通常是绕水平轴转动，且具有至少一个叶片;及驱动所述转子(32;224)的装置(36;230)以使所述叶片在经过所述水和所述气氛而将所述水碳酸化。
25.按照权利要求
24的设备，其中如果D是叶片(38、228)顶部在转子转动时所扫掠的圆圈的直径，L为在设备是水平放置、转子停定、叶片达到最高的位置时，该叶片超出水平面部分的长度，L至少为D的5%。
26.按照权利要求
25的设备，L至少为D的12%。
27.按照权利要求
26的设备，其中L为D的12%至15%。
28.按照权利要求
24至27中的任意一项的设备，所述转子具有多个叶片。
29.按照权利要求
24至27中的任意一项的设备，包括装置(100;400)以改变激励所述驱动装置的时间，从而改变所达到的碳酸化的程度。
30.按照权利要求
24至28中的任意一项的设备，包括装置(100;400)以供按预定时间终了之后，自动地终止所述驱动装置的操作。
31.按照权利要求
30的设备，包括人工操纵的止装置(404)，以便在所述预定时间终了之前，停止所述驱动装置的操作。
32.按照权利要求
30的设备，包括装置(106)以便在多个不同的预定时间之中，选定一个时间，供选择所需达到的碳酸化的程度。
33.碳酸化设备，包括碳酸化室(10;206)，用作供应预定量的水到所述室的装置(12，100;202，400)，用作供应二氧化碳到所述室中以便在超大气压力下将所述水碳酸化的装置(14，100;206，400)，在所述水的碳酸化反应完成后降低所述室内压力的装置(100，V3，400，286)，以及用作从所述室内排放碳酸化的水的装置(18;212)，所述设备包括调味浓缩物供应装置(46;214)，以便供应将于所述室外与碳酸化的水进行混合的调味浓缩物，以及用二氧化碳向调味浓缩物供应装置进行加压的装置(64;222)，其特征在于所述加压装置(64;222)与所述室(10;200)连接以便利用碳酸化反应完成后仍残留在所述室内的气体。
34.按照权利要求
33的设备，包括减压装置(66)，以使作用于调味浓缩物供应装置(46;214)内的压力低于碳酸化反应完成后作用于碳酸化室(10;200)内的压力。
专利摘要
叙述碳酸化方法及设备，其中碳酸化反应在气态的二氧化碳的气氛中把二氧化碳向下压入待碳酸化的水中，这种碳酸化反应可通过装有叶片的转子，绕其水平轴旋转来实现。二氧化碳的气氛最好是保持在压力为表压110磅/平方英寸。碳酸化的程度可以通过变动碳酸化反应时间予以改变。利用从碳酸化室中进行碳酸化反应完毕后，那些否则会被废弃的二氧化碳对盛有各种味道的调味浓缩物的供应装置进行加压，以便用于从装置中供应调味浓缩物。
文档编号A23L2/40GK85105678SQ85105678
公开日1987年1月21日 申请日期1985年7月26日
发明者A·斯科特 申请人:伊索沃思有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan