碳化单元、系统和方法与流程

本公开涉及特别适用于(但不限于)家用的水碳化系统、单元和方法。

背景技术：

被认为与当前所公开的主题背景相关的参考文献如下：

-wo2014/041539

-wo2015/118523

-us9,227,161

-wo2015/124590

上述参考文献的确认不被推断为意味着它们以任何方式与当前所公开的主题的可专利性相关。

已知各种碳化系统。大多数碳化系统基于水的分批碳化，通常由有限体积的碳化腔室确定。因此，在大多数情况下，取决于碳化系统的具体尺寸，可以在碳化的每次循环中获得有限的限定体积的水的碳化。

可以允许连续生产碳化水的其它系统描述在例如us9,227,161和wo2015/124590中。

技术实现要素：

本公开涉及新颖的水碳化技术。本公开的碳化技术包括碳化单元、碳化方法和包含这种单元或实施该方法的水分配设备或系统，并且允许按需制备和连续地分配碳化水(这里所用的术语“技术”是指包括所述单元、方法和设备)。因此，根据本公开的技术，在水流从水源到分配出口的至少一部分流动期间，连续地碳化水。术语“连续”是指碳化不是分批的，而且只要需要碳化水就进行而不受在其中进行碳化的单元的元件体积的限制，像例如在pct公开wo2014/041539和wo2015/118523中所公开的分批单元和系统中的那种情况下那样，每次激活时要分配的碳化水的量受到碳化腔室的体积的限制。

根据本公开，来自水源的水以及从其来源提供的加压二氧化碳被引入管道(本文中称为“汇合管道”)。水和二氧化碳从不同的相应进水口和进气口引入到汇合管道中，通常该进口与汇合流通过汇合管道的流动方向成锐角角度(从而通过该流动方向，水二氧化碳进口推动汇合流通过所述管道的流动)。当流过汇合管道时，将这两种流混合，然后将该混合物(即汇合流)流过汇合管道进入形成有碳化水出口的混合腔室。混合物进入该腔室的快速流动在该腔室内引起湍流，其提供水与二氧化碳的进一步混合。然后，所产生的碳化水连续地通过位于混合腔室底部的碳化水出口流出。该出口构造成限制该腔室内的碳化水的流出，从而在碳化水从该碳化水出口流出的同时保持所述腔室内的压力。保持在混合腔室内的压力将碳化水推出腔室外。

由本公开的第一方面所提供的是水碳化单元，其包含至少一个进水口和至少一个加压二氧化碳进口。这些进口通向汇合管道的封闭的第一端，其中该汇合管道在所述管道的所述第一端和第二端之间限定细长的流动路径。所述管道可以是大致弯曲的并且限定曲折路径，也可以是线性的(在这种情况下，其限定从所述第一端延伸到所述第二端的第一轴线)。水和加压碳在它们在所述第一和第二端之间的流动期间汇合。汇合管道的第二端通向具有腔室出口的混合腔室，其中该腔室出口被构造成限制碳化水从该腔室中的流出，从而保持腔室内的压力，同时允许碳化水从其中连续流出。

因此，本公开的碳化单元沿着汇合管道在至少一个进水口和至少一个加压二氧化碳进口之间限定了进入所述腔室并通过碳化水出口流出的流动路径。沿着该流动路径，水和加压二氧化碳首先在沿着汇合管道流动的同时被汇合，然后通常被强制地引入到混合腔室中，在混合腔室中，所得的混合物的湍流进一步引起这两种组分的紧密混合，从而形成然后将通过腔室出口排出的碳化水。因此，水的最终碳化是以下过程的结果：(i)沿着汇合管道组合(相对高速)水流和加压二氧化碳流的汇合流，然后(ii)在混合物在腔室内的湍流期间连续混合。

通过一个实施例，碳化水出口由从腔室出口延伸并与腔室出口流动连通的管道构成。所述管道可以被构造为限制碳化水从腔室中流出，从而使气体压力保持在腔室内。通过所述管道的流动可以通过尺寸(特别是其横截面面积)来限制，例如，窄管道引起对流动的阻力并用所述腔室确保对气体压力的保持。

根据各种设计考虑，所述管道可以具有各种普通取向。为了允许相对紧凑，所述管道总体上定向为平行于腔室的壁部分(其中腔室形成有一个或直的壁部分)或横切于腔室的大致弯曲部分(在腔室具有圆形内壁的情况下)。

上述流体路径通常涉及两个主要气体压力减压阶段：(i)沿着汇合管道出现的第一阶段；和(ii)穿过碳化水出口并且沿着因此构成所述碳化水出口的所述管道的第二阶段。

窄管道通过(i)在碳化水流过其中时大于通道尺寸的气泡的分解和(ii)影响腔室内的压力的组合，来影响气泡的尺寸，进而影响碳化水的“强度”。

在一个实施例中，碳化水出口装配有用于调节流动阻力的可调节阀。通常，这种阀通过改变所述管道的宽度来调节流动阻力，从而控制碳化水的“强度”。可调节阀通常包括布置在阀座内的阀构件，该阀构件沿着轴线可轴向移位，从而改变形成在阀构件的外表面和阀座的内表面之间的间隙的宽度。阀构件的外表面通常具有平行于阀座的内表面的部分(即，阀构件的外表面的轮廓与阀座的内表面的轮廓相匹配)。

示例性构型是包括布置在孔内的阀构件，该孔沿着第二轴线在与腔室的出口相邻的上游端和下游端之间延伸。所述管道被限定在阀构件的外表面和孔的内壁之间。通过其在孔内的移位，阀构件控制所述管道的宽度。在一个实施例中，阀构件可沿着所述第二轴线在所述孔内轴向移位，并且通过这样的移位，其将赋予所述管道的尺寸上的变化。例如，所述孔的壁可以从孔的上游端朝向所述下游端分散，所述阀构件的外表面可以大致平行于所述孔的壁，因此，轴向移位将引起管道宽度的变化(由所述外表面和所述壁限定并形成在它们之间)。

在一个实施例中，碳化单元包括单元出口(在使用时，该单元出口连接单元并将碳化水引入到与其结合的水器具或系统的分配出口)。该单元出口连接到管道下游端的碳化水出口并与其流动连通。示例性布置是其中阀构件形成有环形凹槽的那种，该环形凹槽具有与通向所述孔的单元出口对准的至少一部分。因此，该凹槽用于引导从所述管道流动到所述出口的碳化水。

在另一个实施例中，该阀座由腔室的邻近碳化水出口的那部分限定，通常阀座的壁具有朝向碳化水出口会聚的内表面。

尽管如上所述，碳化单元可以装配有可调节阀，但也可以设想这些阀是固定的，即阀被预调节或预固定以具有用于通过碳化水的不可变间隙。

在一些实施例中，水碳化单元还可以包括位于可调节阀的下游的至少一个辅助可调节阀。辅助阀可以具有与所述可调节阀类似或不同的结构。根据一些布置，所述至少一个辅助可调节阀可以位于可调节阀附近。

尽管形成内壁来限定大致圆形内部体积，例如球体或具有椭圆形横截面的空间，但腔室可以具有各种不同的几何形状。虽然腔室不限于这种结构，但为了允许有效的湍流在相对紧凑的空间中有效地混合水和二氧化碳，这似乎是最佳的。

汇合管道通常具有在所述管道的第二端处朝向碳化腔室分散的壁。这种分散的壁总体上是圆形的并且形成为使得它们与所述腔室的壁无缝地汇合。

在本公开的一个实施例中，至少一个供水口和至少一个加压二氧化碳进口被构造为以相对于由汇合管道限定的大致流动方向的一定角度以及相对于彼此的一定角度，来引导相应的水和气流。在管道是线性的并且沿着所述第一轴线延伸的情况下，所述进水口和进气口独立地构造成引导相对于第一轴线成一定角度而且彼此成一定角度的相应的水和气流。这种定向流可以由进水口和进气口的线性和如此成一定角度的末端段引起。如上所述，每个末端段和汇合管道内的汇合水和气流的方向之间的角度(例如，末端段和第一轴线之间的角度)均是锐角，在一些实施例中，该锐角可以独立地取为20-70度，优选为25-65、30-60、35-55、甚至40-50度。因此，进水口的末端段与二氧化碳进口的末端段之间的角度相应地介于40至140度之间。

本公开的连续碳化方法包括连续混合加压二氧化碳和水以产生碳化水并分配所产生的碳化水。这种混合具有(i)进给到汇合管道的第一端的水流和加压二氧化碳流向通向混合腔室的第二端的伴随流动的第一汇合步骤；和(ii)气体和水在腔室内的湍流的第二混合步骤。保持在腔室内的气体压力迫使碳化水从腔室中排出来允许连续地从腔室中排出。

在另一方面，本公开提供了一种包含如本文所述的碳化单元的水分配器。该水分配器还可以包括位于碳化单元下游的至少一个(例如一个、两个或更多个)辅助可调节阀。这种辅助可调节阀可以位于碳化单元和水分配器的分配出口之间的任何位置处，并且被构造为与碳化单元的可调节阀配合以允许微调碳化单元内并且沿着碳化水分配线的压力。

在一些实施例中，所述至少一个辅助阀位于水分配器的分配出口附近。在其他实施例中，在水分配器包括两个或更多个辅助阀的情况下，任何一个辅助阀都可以沿着从碳化腔室延伸到分配出口的碳化水分配管线定位。

根据一些实施例，至少一个辅助阀位于水分配器的分配出口附近，并且可以是用户操作的。

根据一些实施例，水分配器可以进一步包括混合单元，其连接到用于将非碳化热水和非碳化冷水供给到水分配器的分配出口的进给管线。混合单元可以设置有冷水进入口和热水进入口，使得冷和热水的受控进给和其在混合单元中的混合允许分配具有所期望的温度的水。

附图说明

为了更好地理解本文所公开的主题并且举例说明可以如何在实践中实施，现在将参考附图仅通过非限制性示例来描述实施例，在附图中：

图1a和图1b分别是根据本公开的实施例的碳化单元的正视图和侧视图；

图2是沿图1a和图1b中的线ii-ii的纵向截面视图；

图3a和图3b是沿图1a和图1b中的线iii-iii的纵向截面视图，其中图3a示出了其中阀构件完全朝向为窄碳化水管道而提供的腔室出口伸出的单元，而图3b示出了被缩回的单元以提供用于宽管道；

图4是包括本公开的碳化单元的水分配器的示意图；

图5a和图5b是分别示出通过图3a-3b的单元的流动路径以说明本公开的示例性碳化方法的方案；

图6a和图6b分别是根据本公开的另一实施例的碳化单元的沿着线iv-iv的侧视图和纵向截面图；以及

图7a和图7b分别是包括根据本公开的第一和第二实施例的碳化单元的水分配器的分配管线的示意图。

具体实施方式

附图示出了本公开的碳化单元的具体示例性实施例。

碳化单元100具有混合腔室102，该混合腔室102具有整体球形内壁面104，由汇合管道106从其顶部进给并且在其底部具有腔室出口108。然而，应当注意，尽管腔室出口108需要处于腔室的底部(从而确保腔室内的压力起作用以将碳化水推出腔室出口)，但汇合管道可能不必从顶部连接到腔室102，而在某些实施例中可以连接到腔室的侧面或以例如由整体器具/系统设计考虑所控制任何其他角度连接。

腔室102由两个匹配半球110、112组装出来，这两个半球110、112用通过周向o形环116保持流体密封件由匹配螺杆螺纹装置114拧紧。

碳化单元100设置有两个凸耳117、119，用于将其固定到水分配设备或系统的框架上。

汇合管道106具有封闭的第一端120和第二相对端122，该第二相对端122形成有分散壁124，其与腔室102的内壁104无缝地汇合。该实施例的汇合管道106大体是线性的并且沿第一轴线126延伸。总体上如上所述，汇合管道也可以具有其它构型，例如是弯曲的、螺旋形的、曲折的等。管道106的第一端120与进水口128和进气口130流体连通，而进水口128和进气口130在使用时通过其相应的外部配件128a和130a连接到相应的水和加压二氧化碳源。

相应的进水口128和进气口130的末端段140、142分别以相对于第一轴线126为大约45°的相应角度α、β限定相应的轴线132、134。可以理解，α和β可以独立为20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°，因此介于轴线132和134之间的角度(α+β)通常可以处于介于40°和140°之间的范围内。此外，角度α和β在本实施例中大致相同，而在另一实施例中可能不同。

应该进一步注意，虽然在该实施例中存在单一进水口和单一加压二氧化碳进口，但在其它实施例中可能独立地存在多于一个的进水口和多于一个的气体入口，例如，可能存在围绕轴线126径向偏移的一对水入口和一对气体入口。

末端段140和142的直径可以相同或不同，并且可以分别适应于水和气体的期望流速和/或粘度。相应的直径构造成这样，以便提供这两个部件的适当的相对流入以确保适当的碳化。

腔室出口108通向沿着轴线152布置的细长孔150，其中该轴线152具有与腔室102的壁大体上相向的取向。装配到孔150中的是可调节阀155，其包括阀构件154，该阀构件154可沿轴线152在完全伸出位置(如图3a所示)和缩回位置(如图3b所示)之间移位。该移位是通过在阀构件的后端的旋转螺钉接合件156。该阀构件可以通过后部接合段158旋转，该后部接合段158可以连接到构造成为旋转阀构件的致动元件(未示出)，该致动元件可以是诸如用户可操作的杠杆、旋钮之类的机械元件或可以是机电、气动等的马达。通过这种旋转，阀构件154可以在孔150内伸出或缩回。

孔150的内壁160从孔的上游端162(邻近腔室出口108的端部)朝向下游端164分散。阀构件154的外表面166具有大致截头圆锥形的形状，其表面大致平行限定阀座160的孔150的内壁(遵循其轮廓)。形成在孔150的下游端的是大致垂直于轴线152的单元出口168。

阀构件154形成有环形凹槽170，其在完全伸出位置(图3a所示)时与单元出口168的连接段172对齐，因此以下述方式用于将碳化水引入到单元出口168。

孔150的阀座160的内壁与阀构件154的外表面166之间的间隙限定了连接腔室出口和单元出口的碳化水管道174，用于将碳化水从腔室102内流到环形凹槽170中并且从那里进入段172。在如图3a所示的伸出位置下，管道174很窄，并且一旦阀构件缩回，则如可以在图3b中所见到的那样，管道174变宽。通过排出的碳化水与管道的界限的物理相互作用和混合腔室内的受到管道174的宽度因而其流动阻力的影响的压力的组合，调节和控制排出的碳化水内的二氧化碳气泡的尺寸(因此碳化水的“强度”)。

由本公开提供的碳化技术可以实施在适于结合到台面水分配器具中的小碳化单元中，也可以具有用于结合到冰箱或集中式碳化水分配系统等中的较大尺寸。家庭通用台面水分配器具是使用这种单元的具体实施例。这种器具示意性地示出在图4中。该器具包括连接到可能是储水器或流动水源的水源182的壳体180，并且包括加压二氧化碳源184，其通常是结合到该器具的加压二氧化碳罐。该器具还包括与分配出口186连接的上述那种碳化单元100。通常在水源182和碳化单元100之间的流动路径中布置用于将冷水供给单元100的冷却单元188。该器具还可以包括用于将非碳化水供给分配出口186的供给管线，以便用户在常规和碳化水之间选择。在一些实施例中，可以通过将水通过单元100引入而不伴随引入二氧化碳，来常规(非碳酸)水供给分配出口186。该器具还可以包括本身已知的各种其它组成部分以及用于操作控制器具的用户界面。

根据本公开实施例的制备碳化水的过程由图5a和5b所示的流程图示范。水流202和加压二氧化碳流204同时被供给到汇合管道以产生汇合流206。然后，该汇合流进入混合腔室以在腔室内产生湍流208，来将水与二氧化碳完全混合以形成碳化水。腔室内的压力推动碳化水210进入通过腔室出口排出到碳化水管道的流212。流过所述管道时的剪切力和保持在腔室内的压力结合起来起作用以控制碳化强度。只要伴随的水和加压二氧化碳进给继续，该过程就可以连续进行。

根据本公开的另一示例性碳化单元示出在图6a-6b中。如现在将要解释的那样，碳化单元300具有混合腔室302，其具有总体球形内壁面304，其结构类似于结合图1a-3b所描述的碳化单元，但具有不同几何形状的可调节阀。类似于单元100，碳化单元300通过汇合管道306从其顶部进给并且在其底部具有腔室出口308，并且装配有两个凸耳317、319，用于将其固定到水分配设备或系统的框架。也类似于单元100，汇合管道306与进水口328和进气口330流体连通。

碳化单元300的底部段315装配有阀构件354，类似于单元100的阀构件154，阀构件354可沿着轴线352在伸出和缩回位置(未示出)之间移位。阀构件354具有杯形构件321，其具有与形成阀座315的碳化腔室的底部段的内表面匹配的大致圆锥形几何形状。因此，通过沿轴线352轴向移位，在阀座315的内表面和杯形构件321的外表面323之间形成间隙374，用于将碳化水引入到出口308。如在单元100中那样，通过排出的碳化水与管道的界限的物理相互作用和混合腔室内受到间隙374的宽度的影响的压力的组合，调节和控制排出的碳化水中的二氧化碳气泡的尺寸。

在图7a中示意性地示出了包括本公开的碳化单元的系统中的分配管线的示例。总体上标示为402的分配管线包括经由管道404连接到分配出口406的上述类型的碳化单元400。在该示例性系统中，包括两个辅助可调节阀408和410，以允许通过调节碳化单元出口和分配出口之间的压力差，即沿着分配管线402，来进一步微调二氧化碳气泡的尺寸。这些辅助可调节阀可以具有与阀412类似的结构和功能(其是以上描述的那种阀155)。

尽管在该示例中将辅助阀408和410示出成邻近分配出口406，但应当理解，阀408和410中的一个或两个可以位于沿着分配管线的任何地方(即沿着管道404的任何位置处)。还应当理解，尽管辅助阀是可调节的，但辅助阀中的至少一个是恒定阀(即，将通过流预调节到恒定值的阀)也是可以的。

该系统还可以包括混合单元414，其连接到用于将非碳酸热水(未示出)和非碳酸冷水供给到分配出口406的供给管线，以便用户在受控温度下在碳化水和非碳化水之间进行选择。混合单元414具有冷水进入口416和热水进入口418，使得冷和热水的受控进给和其在混合单元414中的混合允许分配具有期望的温度的水。通过一些实施例，冷非碳化水可以通过将水引入碳化单元400而不伴随引入二氧化碳来供给到混合单元414。

在图7b中示意性地示出了包括本公开的碳化单元的系统中的分配管线的另一示例性实施例。该实施例类似于图7a所示的实施例，但没有管道404。即，图7b所示的系统提供了更紧凑的布置，其中碳化单元400'连接并邻近分配出口406'。可以看出，辅助可调节阀408'和410'邻近分配出口以及混合单元414'定位。值得注意，可调节阀410'可以装配有用户操作杠杆420'，其允许用户通过操作手柄改变阀410'中的间隙来进一步调节碳化强度(尽管在其他示例中此阀可以由水分配器的控制器控制)。由于阀408'和410'接近碳化单元400'，因此获得了紧凑的碳化系统。也类似于图7a的实施例，图7b的混合单元414'包括冷水进入口416'和热水进入口418'，用于允许控制和分配具有期望的温度的非碳化水。