CN101479169B

CN101479169B - 用于化学产生压力的系统和在系统中化学产生压力的方法

Info

Publication number: CN101479169B
Application number: CN2007800244362A
Authority: CN
Inventors: 斯提恩·维斯博格; J·N·拉斯穆森
Original assignee: Carlsberg Breweries AS
Current assignee: Carlsberg Breweries AS
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2007-07-02
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2027-07-02
Also published as: CN101479169A

Abstract

本发明涉及化学产生压力的系统，所述系统包括容器和至少两种反应物，其中所述至少两种反应物在反应后产生影响所述容器的压力。本发明也涉及在系统中化学产生压力的方法。

Description

用于化学产生压力的系统和在系统中化学产生压力的方法

技术领域

本发明涉及化学产生压力的系统，所述系统包括容器和至少两种反应物，其中所述至少两种反应物在反应后产生影响所述容器的压力。

更具体而言，本发明涉及通过平衡反应在容器例如器皿、桶、罐、气溶胶罐或瓶中、在压力室内产生压力，该反应在此平衡的一侧形成气体，能够控制所产生的压力在预定的平衡压力。更具体而言，本发明涉及化学产生压力的系统，其包括压力室和容器，例如器皿、桶、罐、气溶胶罐或瓶。

此外，本发明涉及在上述系统中化学产生压力的方法。

背景技术

在压力室中当然需要加压。加压的目的有许多，例如由于在装有化学物质的压力室容积增加时压力下降、由于需要对其中内容物将要排出的容器加压以及当然在一些情况下由于保护容器内容物免受例如空气。根据现有技术，压力室加压通过使用外压产生装置实现。

本发明的目的是提供能够向容器中压力室施加稳定压力的系统，其无需外压产生装置。

发明内容

本发明目的通过化学产生压力的系统实现，所述系统包括容器和至少两种反应物，其中所述至少两种反应物在反应后产生影响所述容器的压力。

该系统可以进一步包括压力室，在此系统中压力室中的压力通过平衡反应产生，该反应在此平衡的一侧形成气体，并且维持稳定的预定平衡压力。

所述容器例如可以是器皿、桶、罐、气溶胶罐或瓶、分配装置、管、活塞、或汽缸。

本发明的反应可以维持稳定的预定平衡压力。当压力下降时，例如由装有化学物质的室容积增加引起，反应被驱向平衡，因此重新将压力升至预定水平。

本发明可用于其中需要压力以驱出容器内容物的所有容器。这包括应用于胶水、发泡树脂、聚氨酯泡沫、肥皂、胶、化妆品、药物、油漆和其它。任选地，本发明可用于移动活塞。本发明例如可以用于例如除臭剂或其它气溶胶罐或瓶，或者为了将压力施加到另一容器上。后者的优选例子是例如桶中桶(keg-in-keg)和盒中袋(bag-in-box)，任选地，两个或以上的桶在一个桶中，或两个或以上的盒中袋，其中至少一个容器位于另一个内部。

具体实施方式

该系统可以进一步包括压力室，在此系统中压力室中的压力通过至少一个容器中的至少两种反应物之间的平衡反应产生，该反应在此平衡的一侧形成气体，并且该系统维持稳定的预定平衡压力。该预定的压力水平可根据需要调节。其它参数例如容器内容物的温度和反应物必须依据产生压力的反应适当选择。此外，根据本发明，重要的是平衡要稳定，以避免压力突然变化。

根据本发明的一个实施方式，系统包括一个以上容器，并且反应在这些容器之一中发生。在这种情况下，反应在其中发生的容器中压力的增加被释放到一个其它容器。根据此种情况的具体实施方式，系统包括两个容器，例如桶中桶、盒中袋。

如所述，根据本发明的容器是例如器皿、桶、罐、气溶胶罐或瓶。

优选地，系统包括外容器和内容器，其中内容器放在外容器中，即桶中桶或盒中袋系统，并且其中内外容器之间的空间构成压力室。

根据本发明的一个具体实施方式，系统是分配饮料的系统。容器中的这些饮料或内容物是例如汁、碳酸水、矿泉水、软饮料和柠檬水。

根据本发明，反应物和平衡反应优选为无毒的。然而在具体的实施方式中有毒的也是可能的。

根据本发明的一个实施方式，反应物之一是酸，优选柠檬酸。其它酸如醋酸、脂肪酸、肉桂酸、乳酸、苹果酸、蓖麻油酸和酒石酸也是可能的。通常，具有由缓冲液控制的pK的小有机酸是合适的。合适的缓冲液是如磷酸氢钠、磷酸氢钾、硼酸缓冲液、邻苯二甲酸缓冲液或其它。根据本发明，优选产生的气体是CO₂。

根据本发明，一个优选的平衡反应是

在该反应中，酸(H⁺)和pH-调节用于控制和调节所产生的CO₂。这使得将产生的压力调节到期望水平成为可能。因此，根据本发明的一个实施方式，反应物被连续地供给或进料到容器中，以能够连续产生压力，这种产生能够通过例如阀进行调节。这是本发明方法的一种实施方式，但绝不是在所有情况下的优选。就是说，在本发明的其它应用中，不需要这样连续地产生压力，压力产生和增加的需要只是瞬间的。因此，连续提供反应物不是必须的。

在本发明的另一个实施方式，压力室包括至少两种反应物，至少一种在屏障例如膜的一侧，其中该膜包括使这至少两种反应物混合的阀门。反应物混合以后，反应进行直到达到平衡。该反应在平衡的一侧形成气体例如CO₂。因此，混合反应物可以由例如固体产生气体，并因此形成压力的增加。阀门可以通过许多因素开启，例如阀门一侧或另一侧承受的压力、温度或通过机械装置，例如来自系统的另一部分机械反馈，如压力传感器，或者阀门可以在分配容器内容物的同时被开启。阀门可以被精细地调节到任何期望的通过速率，以控制压力的产生。例如，可使一种反应物以滴落方式通过阀门进入其它反应物中，从而实现很好控制的和特定的压力产生。

在下面的表和图1a、b、c和图2a、b、c中，对于磷酸盐/碳酸氢盐体系(图1)和弱酸/碳酸钙体系(图2)，有关压力与pH之间关系的计算以术语′α′被描述，α是酸的离解度。

在磷酸盐的情况，这仅指二级离解H₂PO₄-->HPO₄，并假定开始点是NaH₂PO₄的加入。当然可以加入NaH₂PO₄和NA₂HPO₄的混合物，以达到中间pH，但这只是相当于在更大α值开始。3.5M摩尔NaClO₄提供的平衡常数值被使用——因此计算考虑系统将处于高离子强度，也应当这样表示。

重点注意的是，平衡压力对pH非常敏感，以至于1pH单位的变化相当于数十CO₂压力以上。例如，1-2巴CO₂压力可通过使用过量的缓冲液以仅利用平衡保持压力在可接受的范围而获得。通过加入盐或提高浓度，可以在给定pH使绝对压力下降，但对pH的灵敏度仍保留。

对于碳酸钙体系，如图2所示，灵敏度更高，主要因为它是二价盐以及其溶解度低得多。

如果由于需要大量的过量缓冲液而认为仅利用平衡控制压力是不切实际的，则优选用这样的化学体系与简单的压力控制/降低装置结合。这将在常压下传递气体到例如桶中，而无需发生器的过量容器或压力。可以利用化学平衡在开始时传递例如10巴和在结束时传递1巴，这需要3倍计量过量的缓冲液。CO₂以固体碳酸氢盐的形式＂贮存＂，因此限制了所需的绝对压力。

此外，本发明也可以与包括化学压力产生阀门的系统结合使用，其中反应用于对容器中的压力室加压，其中压力的产生可以用作促进器，用于通过机械功提供冷却。在这种结合中，冷却过程在压力不产生时停止，因此冷却至瞬间需要(或多或少)。

根据本发明的另一实施方式，至少一个容器具有化学压力产生阀门，并且反应是产生气体、从而提高恒定容积容器中压力的反应。就是说，本发明使用的容器或容器系统可以具有化学压力产生阀门，使得控制、甚至调节产生气体的反应产生的可能的压力增加成为可能。因此来自所产生的压力增加的机械功可能得到控制和调节，因此冷却能量的传递也可能控制、调节和使其连续，只要仍有反应物相互反应。

下面更详细解释本发明一个具体的实施方式，其中通过使用化学压力产生阀门实现冷却。

根据该实施方式，使用了化学产生压力的系统，其包括至少一个容器，例如器皿、桶、罐、气溶胶罐或瓶，其具有压力室、阀门、内容物以及另外的至少两种反应物，在该系统中，压力室中的压力通过至少一个容器中的至少两种反应物之间的平衡反应产生，该反应在此平衡的一侧形成气体，并且该系统通过阀门、可控制地释放气体到压力室维持稳定的预定平衡压力，并且其能够控制所产生的压力在预定平衡压力。该预定的压力水平可根据需要调节，优选地通过控制平衡反应的pH。其它参数例如容器内容物的温度和反应物必须依据产生压力的反应适当选择。此外，根据本发明，重要的是平衡要稳定，以避免压力突然变化。

根据该实施方式，所用的反应维持稳定的预定平衡压力。当压力下降时，例如由装有化学物质的室容积增加引起，反应被驱向平衡，因此重新将压力升至预定水平。

该实施方式可用于其中需要将来自反应发生的一个容器的压力施加到另一容器的所有系统。这样的系统的例子是桶中桶和盒中袋。通常地，当然，这种系统也用于其中需要稳定压力以驱出容器内容物的容器，例如用于喷雾的除臭剂或不同类型的气溶胶罐或瓶等。

在一个优选实施方式中，其中产生气体并因此产生压力增加的反应是：

在该反应中，酸(H⁺)和pH-调节是能够通过本发明的阀门控制和调节所产生的CO₂所必需的。这使得将产生的压力调节到期望水平成为可能，并因此可能调节机械功的水平和可能转移冷却能量。在这个意义上，重要的是使用具有稳定平衡的反应，以避免压力突然变化。

本发明也涉及冷却系统内容物的方法，该系统包括至少一个容器，其中除了内容物外，至少两种反应物在所述至少一个容器中通过提供冷却所述内容物的能量的放热反应相互反应。

根据本发明的另一实施方式，所述方法的反应是产生气体、从而提高恒定容积的至少一个容器中压力的反应，该压力增加因而产生用于冷却的机械功。优选地，在此情况，其中发生气体产生反应的容器被提供有化学压力产生阀门，其用于控制冷却。

虽然就本发明的优选实施方式描述了上述发明，但对本领域技术人员明显的是多种修改是可想到的，而不偏离下面权利要求所限定的发明。

Claims

1.化学产生压力的系统，所述系统包括容器和至少一个压力室，在该系统中，所述压力室中的压力通过至少两种反应物之间的平衡反应产生，该反应在该平衡的一侧形成气体，并且该系统维持所述容器中稳定的预定平衡压力，其中所述稳定的预定平衡压力通过保持所述压力室中稳定的pH来控制所述平衡反应的平衡得以维持。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述容器是器皿。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述器皿是桶、罐或瓶。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述罐是气溶胶罐。

5.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其中所述系统包括外容器和内容器，其中所述内容器放在所述外容器中，并且其中内外容器之间的空间构成所述压力室。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述系统为桶中桶或盒中袋系统。

7.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其为分配饮料的系统。

8.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其中所述容器的内容物或者权利要求7所述的饮料选自由啤酒、和软饮料组成的组。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述软饮料选自由汁、碳酸水、矿泉水和柠檬水组成的组。

10.根据权利要求1-4任何一项所述的系统，其中所述至少两种反应物中之一是酸。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述酸是柠檬酸。

12.根据权利要求10所述的系统，其中所述酸选自由醋酸、脂肪酸、肉桂酸、乳酸、苹果酸、蓖麻油酸和酒石酸组成的组。

13.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其中所述至少两种反应物和所述平衡反应所产生的产物是无毒的。

14.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其中产生的气体是CO₂。

15.根据权利要求1-4任何一项所述的系统，其中所述平衡反应是

pH-调节。

16.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其中所述容器被提供有化学压力产生阀门，并且反应是产生气体并因此提高恒定容积的容器中压力的反应。

17.根据权利要求15所述的系统，其中所述容器被提供有化学压力产生阀门，并且反应是产生气体并因此提高恒定容积的容器中压力的反应。

18.在系统中化学产生压力的方法，其中所述系统包括容器和至少一个压力室，在该系统中，所述压力室中的压力通过至少两种反应物之间的平衡反应产生，该反应在该平衡的一侧形成气体，并且该系统维持所述容器中稳定的预定平衡压力，其中所述稳定的预定平衡压力通过保持所述压力室中稳定的pH来控制所述平衡反应的平衡得以维持。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述容器是器皿。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述器皿是桶、罐或瓶。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述罐是气溶胶罐。

22.根据权利要求18-21任一项所述的方法，其中所述系统包括外容器和内容器，其中所述内容器放在所述外容器中，并且其中内外容器之间的空间构成所述压力室。

23.根据权利要求22所述的方法，其中所述系统为桶中桶或盒中袋系统。

24.根据权利要求18-21任何一项所述的方法，其被应用在用于分配饮料的系统上。

25.根据权利要求18-21任何一项所述的方法，其中所述容器的内容物或者权利要求24所述的饮料选自由啤酒、和软饮料组成的组。

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述软饮料选自由汁、碳酸水、矿泉水和柠檬水组成的组。

27.根据权利要求18-21任何一项所述的方法，其中所述至少两种反应物中之一是酸。

28.根据权利要求27所述的方法，其中所述酸是柠檬酸。

29.根据权利要求27所述的方法，其中所述酸选自由醋酸、脂肪酸、肉桂酸、乳酸、苹果酸、蓖麻油酸和酒石酸组成的组。

30.根据权利要求18-21任何一项所述的方法，其中所述至少两种反应物和所述平衡反应所产生的产物是无毒的。

31.根据权利要求18-21任何一项所述的方法，其中产生的气体是CO₂。

32.根据权利要求18-21任何一项所述的方法，其中所述平衡反应是

pH-调节。

33.根据权利要求18-21任何一项所述的方法，其中所述至少两种反应物被连续地供给或进料到权利要求1-17任何一项所述的系统。

34.根据权利要求32所述的方法，其中所述至少两种反应物被连续地供给或进料到权利要求1-17任何一项所述的系统。