CN1016312B - 制备小量饮料用碳酸化水的设备 - Google Patents

Abstract

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100磅/平方英寸(6.8)。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。

Description

本发明涉及制备小量饮料用碳酸化水的设备，该设备包括碳酸化室，其中可装入预定量的水而在室内水面上部留有空间;及提供二氧化碳的装置，该装置与所述碳酸化室相连接，用于在提高压力下向室中提供二氧化碳;还包括碳酸化装置，使该二氧化碳与水密切接触，还包括排放装置，用于将碳酸化水从所述碳酸化室中排出。

碳酸化设备一个例子如英国专利2125309所述，其中是按惯用方法进行碳酸化，即通过将二氧化碳喷射到水的低位处，以使二氧化碳成气泡向上通过水中而被水所吸收。这种装置的主要问题是，在水适当地碳酸化之前，在碳酸化室中需保持较高压力，如可达表压170磅/平方英寸（11.6巴）。因需用高压所以该设备构件需要有足够强度以抵受高压，这样就提高了价格。另外在高压下还有安全方面的问题。

英国专利2125309中所述类型的设备还有一个缺点，就是在所处理的水中难以达到处处均匀的碳酸化程度。为此原因，该碳酸化室相当高，并且横截面积较小，从而使碳酸化设备的总高度很高，设备也就加大。

本发明的目的是提供一种制备小量饮料用碳酸化水的设备，至少其最优化的设备形式能减轻上述缺点。

按照本发明的设备，其特征在于该碳酸化装置包括在碳酸化室中安装的转子，当转子转动以及碳酸化室中装入所述预定量的水，使转子上的叶片进入水中和空间中，还有驱动装置，当操作时可使转子转速至少 达到约500转/分钟。

本发明设备所优选的提高的压力是在表压60磅/平方英寸（4.1巴）至140磅/平方英寸（9.6巴）范围内，而特别优选的压力是约100磅/平方英寸（6.8巴）。在优选实施例中，转子的水平安装的转轴位于预定的水平面之下，并且其转速在500至2000转/分范围内，而优选在1000至1500转/分范围内。

本发明设备特别适用于配制足够一个人一次饮用的碳酸化水饮料，并特别适合家庭中应用。举例来说，碳酸化室的总容积可为约9.5液量盎司（1.27升），并且当碳酸化室注入所述预定量水时，水量占5/6容积。在该实例中，每次碳酸化操作则可使8液量盎司（约1升）的水碳酸化。

在优选实施例中，碳酸化可在少于5秒钟时间内完成。

申请人了解到，在先有技术中已有多项建议在碳酸化装置中加入具水平向轴的带叶片转子。其中一项为Raydt的美国专利358165，其中采用大型工厂用机器并且转子的驱动是使用直接连到转子上的手柄用人工转动，即手柄和转子的传动比为1∶1。因此不可能达到每分钟数百转的转速，并且申请人相信，虽然该文献披露由于该转子的转动能在数分钟之内完成碳酸化，但实际上该设备并不能操作使用。

另一先有技术是Neuschafer的美国专利1782511，其中将带叶片的转子围绕水平轴作往复旋转运动，并通过一套传动机构来驱动，其中包括齿条、小齿轮和齿轮减速机构。在此设备中，很明显该转子的传动速率很低，所以只能起到使碳酸化水混合均匀的作用，而不是用来完成碳酸化作用本身，而碳酸化作用是靠了二氧化碳在水中冒泡和将水喷入含有二氧化碳气氛的碳酸化室中。

Kantor的美国专利1862089、1929948和1929949也披露了采用转子的碳酸化设备。但是，所用设备中的转子是以低转速操作，其作用只 是在向碳酸化室中通入二氧化碳时搅拌水，从而使吸收了二氧化碳的水混合均匀。碳酸化作用是靠其他方式完成，具体讲是把水和二氧化碳气一起喷到碳酸化室中。

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单元的部分剖面图并且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的阀门单元的部分顶视图。

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方框图。

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流程图。

图11与图2相似，显示图1设备的一个修改的侧视图。

图12，是图11按箭头B的方向的侧视图。

图13是按照本发明的另一具体实施方案的碳酸化设备的图示。

图14是包括在图13的设备中的碳酸化室的剖面图。

图15是包括在图13及14的设备中的转子的透视图。

图16至19说明图14的碳酸化室在四个不同位置上的进水阀门。

图20显示安装在二氧化碳钢瓶上的二氧化碳控制阀门装置的剖面图。

图21是用于碳酸化室排放碳酸化水和选择调味浓缩物的阀门装置的顶视图。

图22和23为图21中沿A-A线的剖面图，分别显示阀门在关闭和开启时的位置。

图24是包括在图13的设备中的电路方框图。

图25是一张时间图表，说明图13至24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12，二氧化碳钢瓶14，调味浓缩物供应装置16。阀门单元18是设在室10的底部，将来自室10的碳酸化的水和来自装置16的选择的调味浓缩物配加在杯20内。

从储水箱12，经过电磁圈S2控制的阀门V2，管道22和设在室10内部的球形阀24供水至室10。室壁有一个放气孔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标记的所需水位时，该管的下端能浸没在水中。

二氧化碳从钢瓶14经过电磁圈S1控制的阀门V1及管道30供应到碳酸化室10的顶部。

放气孔26中放置球29，它是如此安排，即当向室10加压而使水压进管道28时，球29可将放气孔26封闭。为此目的，该球是可以向上移动，以使与位于放气孔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而使水位降到管道28下端的下面时，在这样的情况下在室10内进行的碳酸化作用可以完成。

搅拌桨32是装在室10的内部，可绕其水平轴转动，由装在室10之外的电动机36的轴34驱动，轴34可穿过室10的壁的开口处通入室10内，用适合的封闭装置使之很好地水密封。另外，轴34可用磁力联轴器和电动机36相连接。

搅拌器32包括三对叶片38a、38b，40a、40b和42a、42b，其中每 对中的两个叶片（如38a与38b）是在轴34上彼止相对的位置安装，而叶片40a与40b安装在轴34上叶片38a与38b一侧的位置，并与之成一角度，而42a与42b则按装在轴34上叶片38a与38b的另一侧，并与之成一角度。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应至少为D的5%，是D的12%以上较好。作为实现最佳碳酸化过程特别优选的条件，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，达到水面W。开启阀门V1，使二氧化碳进入室10的水面以上的空间中，压力开关44可以感测室10中的气体压力。一旦压力达到所需要的水平，例如在表压100磅/平方英寸（6.8巴），电磁圈被激励而关闭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，就开动电动机36，使搅拌桨32转动起来。典型的情况为叶片的转速从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，此时进行水的碳酸化反应。碳酸化的程度可按搅拌桨转动的时间和/或室10水面上含二氧化碳的空间中的压力的变化而变化。

搅拌桨的作用在于把水面上空间中的气体迫入水中去，要求迫入水中的气体愈多愈好，并且带入水中愈深愈好。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位置，从而各水平面的水能被均匀地碳酸化。另外这搅拌桨可使水产生强烈的搅动，从而飞溅到二氧化碳气氛中使之有助于碳酸化作用，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二氧化碳迫入水中之外，还可以在叶片后产生旋涡，从而可以把气体二氧化碳带入，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。从图1中可知，搅拌桨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中的搅拌桨开动时水也跟着在室中转动，室10中不同部分的水，均会跟在搅拌桨后运动而受到碳酸化作用。

在碳酸化过程进行中，在室10水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，这将由气压开关44感测到，当压力下降到低于一定水平时，如下降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。

调味浓缩物的配加装置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，并且几乎插到底部，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。由电磁圈S2所控制的阀门V3是安装在管道系统64中。

待室10中的碳酸化作用完毕时，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/平方英寸表压（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加的力。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的孔径是预先选定，以保证配加入所需的调味浓缩物的量。仅仅作为实例，向可口可乐中配加料时，汲取管及连接管的内径为6毫米，当对柠檬酸汁配加料时，则可用3毫米管内径，当向补身剂配加时则管内径亦可选为3毫米。

图4～7中已阐明阀门单元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配加哪一种，并且配加所选择的调味浓缩物，（3）它可以从室10内放出碳酸化的水。

对于把碳酸化室10的压力降低，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的上部。排气阀68包括可竖向活动的阀门部件68a，用弹簧把它推到上部的关闭位置。作动杠杆72的一端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，从而将室10上部的气体通过管道30及70和阀门68排放到大气中去。

作动杠杆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筒形中空的套筒74上，而该圆筒形中空的套筒是装于室10的底部10a的开孔内可供垂直滑动。套筒74形成一个阀门，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，当套筒74是处在低位置时，该封口76与室10的底壁10a的内壁表面相密合，以使在这种情况下水不能从室10中逸出。

当碳酸化反应完毕后，室10被加压而使阀门头76紧紧地压住在室10的底壁10a内壁表面。于是，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。作动杠杆72的设计是使下臂72c安排成在就位时可与杯20相合，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加阀78，80及82，它们分别与管道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的下端并可绕其竖向轴而转动。在选择棒88的一端有按钮或扳柄90，以便促动此转动而使其另一端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的末端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，由于作动杆72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相合，以便通过提升阀门部件84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沾污，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。另一方案，可以使孔眼94足够大，以保证调味浓缩物通过孔眼94而不致于接触其边界，从而防止沾污。当然，在这样的情况下，需提供保证棒88接合阀门部件84的装置以开启相关的阀门。再另一方案，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不会受沾污。

参照图8，由微处理机控制的控制器100从电源装置102供电，并具有三条输入线路分别接受来自启动钮104、压力开关器44和碳酸化反应时间选择器106的信号。控制器100有信号输出到电磁圈S1和S2、马达36与3个指示器108、110及112，以分别指示二氧化碳的 供压不足、机器的操作者需等待，以及碳酸化已完成，可以分配饮料。从图8及9可看到，当按下“启动”钮104，接通“等待”指示器110，继电器S2通上电流而启动阀门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，但这时还没有什么作用。控制器100的程序安排成保持将阀门V2打开5秒钟，这套设备设计成能在这段时间里，流向室10的水的流过量足以将水装到所需要的水面W。然后控制器100使电磁圈S2断电，从而关上阀门V2，同时也关上阀门V3。随后控制器100使电磁圈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监测该空间里的压力，当压力达到所需要值如表压100磅/平方英寸（6.5巴），控制器100将电磁圈S1断电，从而关闭阀门V1，另一种情况，如在两秒钟以内压力达不到这水平时，控制器100将S1断电，阀门V1关闭，同时还将气体压力不足指示器108通上电流。然后控制器100使马达36通电，而使室10中的水碳酸化。马达36通电时间按照使用者对碳酸化程度的要求而定，该要求是通过调定碳酸化选择器106来实现的。如图9所示，碳酸化的时间可选择在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将经常指示出室10上部因二氧化碳为水所吸收而压力下降的情况，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。由于响应压力开关44的通和断而使阀门V1的开启和关闭的动作在碳酸化的过程中会多次发生。

当选择的碳酸化时间达到后，电磁圈S2又通电，这次是开启阀门V3（虽然V2也开启，但无作用），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2秒钟，然后关闭。随之，控制器将“即用”指示器112通上电流，这时使用者即可通过前述的阀门单元18配成饮料。

不言而喻，室10中所储的水量最好是恰好供一次饮用，因此作为实例，室10的总容量可为9.5液盎司（1.27升），将设备安排成按室10容积的5/6供储水（即达到水面W处），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。但这些数字是可以变动的。

图11与12显示搅拌桨的改进形式，在这种改进中，提供了两对叶片120a，120b和122a和122b。如图11所示各叶片按其旋转方向向前弯曲，从而有助于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。

在本发明的范围内，还可以有其它各种改动。例如，所述的碳酸化方法可以在与调味浓缩物配加装置及上面曾经说明过的特点阀门单元18无关的情况下，应用于不同形式的设备中。

有关更进一步的变更实例，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选定的水平之前先通电，按这样的方式，一旦有二氧化碳进入室10时，碳酸化就可以马上开始。

其他的变更还包括除了图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动，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，来代替上述用不同管道孔径进行调节的方法。

图13-24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。二氧化碳钢瓶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。在碳酸化作用之 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，即用作将气体二氧化碳从水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14中，阀门232处于全关闭位置，这是设定碳酸化室200充水至水面W处并利用钢瓶206中的二氧化碳加压，以便为为碳酸化反应作准备。密封圈233防止水从轴225漏出。图14所示的L和D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相合，以限制所述阀门的向下运动。栓钉242与轴套236内侧构成一整体，配合在套筒234的槽244内。由图16至图19可以看出槽244的形状。

图16至图19为该装置作业时阀门232所处的各种位置。图16所示阀门处于与图14中相同的位置。从该图可以看出，所述阀门处于其最上的位置，使O形环246压在阀体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，栓钉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，设定阀门232处在图14和图16中所示的位置。完成碳酸化作用后，当碳酸化室200降压时，在阀门232上的水的重量便使其从图16中所示位置向下运动至图17中所示位置，此时，槽244壁上的水平支撑面247被栓钉242支撑，从 而阻止阀门232进一步向下运动。在图17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（但可以理解，会有少量的渗漏现象发生）。将阀门从图17中的位置绕竖轴旋转到图18中的位置便会开启阀门。在图18中的位置，支撑面247离开了栓钉242。这种旋转是通过转子224的瞬间旋转，从而使叶片228中的一个部分228a与盘形阀体238侧边伸出的栓钉248相合，这种相合可见于图18中。当阀门232旋转至图18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19所示。在此位置，槽244和套筒234上的另外的槽250，均位于轴套236的下方，从而水可以通过这些槽流入碳酸化室200中。

当水上升至水面W，阀门232上浮，直至它返回到图18中所示的位置。此时，再次切断供水。其后，在加压下将二氧化碳送入碳酸化室200，阀门232迫回至图16中的位置。当它从图18中的位置运动至图16中所示位置的过程中，槽244中的倾斜面252与栓钉242相合，从而使阀232旋转，于是栓钉242再次位于槽244的最低部位，如图16所示，是位于支撑面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20。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）例如螺纹紧固到二氧化碳瓶206上。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，而在连接时，没有大量的二氧化碳气体损失。

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到碳酸化室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所构成。电磁圈268的线圈274紧固到杆270上，杆的下端与膜片266的上表面相合， 且受压缩弹簧272的向下压力。电磁圈268的铁芯（图中未示出）通过杆276与杠杆280的一端278相连接;杠杆280的另一端通过支点282与阀286的阀杆284相连接。该阀门位于阀体260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20所示，提供有由电接触点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响应压力值的电信号。

电磁圈268通电时，将杆276向下拉，从而使杠杆280绕支点282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的弹力保证当电磁圈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的压力被膜片266感受到，当压力达到足以使碳酸化作用开始时，例如表压100磅/平方英寸（6.8巴），膜片266上升。同时压力敏感开关290也打开，给出一个信号，表明已达所需压力。膜片266的向上运动使整个电磁圈268上升，所以杠杆280绕支点282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。在碳酸化过程中将达到这样的平衡状态，即阀门258恰好开到保持碳酸化室200内所需压力的程度。

当碳酸化作用完成之后，电磁圈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起到单向阀门的作用，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的构造特别简单而且造价便宜，故具有优越性，尤其是只需要一个电磁圈。

如上面所述的具体实施方案中，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，从而将二氧化碳从气氛中驱到水中而实现碳酸化。借助于响应压力敏感开关290送来的信号促动马达230，开始碳酸化操作。

从碳酸化室200排出碳酸化的水，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21至图23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，在其中安装圆筒形阀门部件304，以便竖向滑动。在阀门部件304的顶部固定有阀帽306，当阀处于关闭位置时，阀帽与室200底部内表面相合，以防止从碳酸化室200排出水。这种位置示于图22。如图23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的内部而向下，并从阀件304底端开口排出。

如图23所示，作动杠杆310可以绕支点旋转，以将阀门部件304提高到开启位置。作动杠杆310利用由从阀帽306向下延长的、并穿过杆310上的一个孔314的轴312定位。相对于轴312而言，孔314的大小足以使杠杆310能绕支点转动。阀壳300的内层弧形壁316起了杠杆310转动的支点的作用。所述绕支点转动是由操作人员将杠杆310的外端部分310a向下压而实现的。杠杆310可以在水平面内绕轴312旋转，而达到图21及22所示在由阀壳300的外层弧形壁320上的凹槽318所限定的三个位置的任一位置上，如图23所示，外层弧形壁320可以防止杠杆在不对准凹槽318中的任一位置时发生绕支点转动。通过分别伸向上和伸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分别与套筒302的外表面和弧形壁316的内表面相合。

当杠杆310位于由凹槽318所限定的某一位置上时，其内端310b便与三个调味浓缩物选择器322之一相合。当杠杆310如图23所示绕支点转动时，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连接的相应套筒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，例如图13所示的杯215中。图20至图23所示的调味浓缩物选择器和阀门装置非常简单且造价便宜，同时其优点在于碳酸化的水具有冲洗阀门322及其周围的作用，从而可以避免不希望的聚集滞流的调味浓缩物。

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24和图25加以叙述。该控制装置具有控制系统400;它有用于输入的“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个输出端，分别与电磁圈268、马达230、安装在装置外部的指示灯406以及低压指示器408相连接。

如图13及14所示，当按下起动按钮402时，马达230短时间转动，使转子224旋转，而使叶片部分228a与栓钉248相合，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用5秒钟使水的高度达到所需水面W。时间间隔是由控制系统400来调节。在此段时间结束时，控制系统400便发出信号，使电磁圈268接电，从而经过阀门258向碳酸化室供应二氧化碳。经过短暂时间之后，碳酸化室达到所需压力，由于响应此压力而使压力开关290发出信号给控制系统400，控制系统400使马达230旋转，从而开始进行碳酸化过程。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。碳酸化操作可以继续进行，最长时间为5秒，该时间是由控制系统400调节的，并在接到压力开关290的信号后即开始碳酸化操作。此 装置可以调定为在5秒期末尾达到所需最高碳酸化程度。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操作。当需要低水平的碳酸化时，为了帮助操作者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，操作者便可对已达到的碳酸化水平有所掌握。图25所示的操作，碳酸化是在指示灯两次闪光之后终止的。在为期5秒钟的碳酸化过程结束后，控制系统400使指示灯亮一段时间，指示碳酸化已完成。当碳酸化操作因操作者按下停止按钮404或因达到了5秒钟碳酸化期限而停止时，控制系统400使电磁圈268和马达230断电。然后，如上所述，使调味浓缩物容器加压。操作者可以旋转作动杠杆310至所需位置，以选择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，使操作者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13至图25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。前面的具体实施方案所给出的各种数据，诸如转子的转速，气体压力等等，都可适用于图13至图25所示的具体实施方案中。

Claims (30)

1、一种制备小量饮料用碳酸化水的设备，其中包括碳酸化室(10；200)；向该碳酸化室(10；200)供水的供水装置(12，V2；202，204)；用于控制该供水装置(12，V2；202，204)而使水充入碳酸化室(10；200)达到预定水面(W)从而在室(10；200)内水面上留有一个空间的控制装置(100，232)；用于以加压条件向该室(10；200)内提供二氧化碳并与所述室(10；200)相连接的二氧化碳供应装置(14，100；206，400)；用于使二氧化碳与水密切接触而混合的碳酸化装置；以及用于将碳酸化水从所述室(10；200)中排出的排放装置(18；212)；其特征在于所述碳酸化装置包括一个转子(32，224)；还包括在所述转子(32，224)上的叶片装置(38，40，42；120，122，228)，在所述室(10；200)中支持所述转子(32；224)的装置，使该转子与所述预定水面(W)有一相对位置，使得当室(10；200)装入水达到所述预定水面(W)的情况下，当该转子(32；224)转动时各叶片(38，40，42；120，122，228)进入水中，也进入所述空间中；还包括驱动所述转子(32，224)达到至少500转/分钟转速的驱动装置(36；230)。

2、按权利要求1的设备，其特征在于所述控制装置（100）是使所述供水装置（12，V2）在预定的时间内向室（10）装入水达到所述水面（W）的控制装置。

3、按权利要求1的设备，其特征在于所述供水装置包括与所述室（200）相连接的向该室中供水的储水器（202）。

4、按权利要求1的设备，其特征在于所述控制装置包括一个用于控制由所述储水器（202）向所述室（200）的供水量的阀门（232），该阀门（232）的安装位置是与所述转子相合，并由转子的瞬间运动将阀门（232）打开，并响应该室（200）达到的水位而使阀门关闭。

5、按权利要求4的设备，其特征在于所述阀门（232）的安装方式是利用与叶片装置（228）相合而由所述转子的瞬间运动而将阀门打开，并且是可在所述室（200）中的水面上漂浮，并且响应水面高度而关闭。

6、按权利要求1-5中任一项的设备，其特征在于还包括调味浓缩物供应装置（16;214），以及从所述浓缩物供应装置（16;214）排出浓缩物，并与所述碳酸化水混合的装置（64，V3;222，286）。

7、按权利要求6的设备，其特征在于所述排出浓缩物的装置（V3，64;286，222）是在操作时可向所述浓缩物供应装置（16;214）供应二氧化碳，并导致排放所述浓缩物的装置。

8、按权利要求7的设备，其特征在于所述排放浓缩物装置（64，V3;222，286）是与所述碳酸化装置（10;200）相连，并在操作时可在一次碳酸化操作完成后，从碳酸化室（10;200）得到二氧化碳并供应到该浓缩物供应装置（16，214）的装置。

9、权利要求1-5中任一项的设备，其特征在于所述转子（32;224）具有基本上水平的转轴。

10、按权利要求9的设备，其特征在于该转子（32，221）的转轴位于所述水面（W）之下。

11、按权利要求10的设备，其特征在于当D表示叶片装置端部在转子转动时所扫掠的圆圈的直径，而L表示当设备是水平放置，叶片装置达到最高位置时而转子停定，该叶片装置伸出水面（W）之上的部分的长度，则L至少为D的5%。

12、按权利要求11的设备，其特征在于L至少为D的12%。

13、按权利要求11的设备，其特征在于L为D的12至15%。

14、按权利要求1-5中任一项的设备，其特征在于所述叶片装置包括多个叶片。

15、按权利要求1的设备，其特征在于包括借助于改变促动所述驱动装置（36;230）的时间，从而改变所达到的碳酸化程度的装置（100;400）。

16、按权利要求15的设备，其特征在于包括在按预定时间之后自动地终止所述驱动装置（36;230）的操作的装置（100;400）。

17、按权利要求16的设备，其特征在于包括在所述预定时间终止前，终止所述驱动装置（36;230）的操作的人工操纵的关闭装置（404）。

18、按权利要求16的设备，其特征在于包括从多个不同的所述预定时间中选定一个时间，以供选择所需达到的碳酸化程度的装置（106）。

19、按权利要求1-5和15-18中任一项的设备，其特征在于包括控制在所述的空间中的所述二氧化碳的压力，使之达到表压60磅/平方英寸（4.1巴）至140磅/平方英寸（9.6巴）之间的装置（44;290）。

20、按权利要求19的设备，其特征在于所述压力控制装置（44;290）在操作中保持所述压力约为表压100磅/平方英寸（6.8巴）。

21、按权利要求1-5和15-18中任一项的设备，其特征在于所述驱动装置（36;230）是在少于5秒钟操作时间内达到碳酸化的装置。

22、按权利要求1-5和15-18中任一项的设备，其特征在于所述驱动装置（36;230）是可使所述转子（32;224）的转速至少为1000转/分的装置。

23、按权利要求22的设备，其特征在于所述驱动装置（36;230）是可使所述转子（32;224）的转速为1000至1500转/分的装置。

24、按权利要求1-5和15-18中任一项的设备，其特征在于所述驱动装置（36，230）是可使所述转子（32;224）的转速为500至2000转/分的装置。

25、按权利要求1-5和15-18中任一项的设备，其特征在于所述碳酸化室（10;200）的装水容量是当达到水位（W）时，含有不超过1升（8液量盎司）的水量。

26、按权利要求1-5和15-18中任一项的设备，其特征在于所述碳酸化室（10;200）的装水量达到水位（W）时，装入量为其容积的5/6。

27、按权利要求1-5中任一项的设备，其特征在于包括一种循环控制装置（100;400），该装置是在操作时，响应启动信号而使所述设备进行碳酸化循环、由其中所述供水装置（12，V2;202，204）向所述室（10;200）装注水至所述预定水位（W）并且所述室（10;200）未加压、然后所述二氧化碳供应装置（14;206）向所述室（10;200）提供二氧化碳、向所述空间装入二氧化碳并达到所述加压压力，并且促动所述驱动装置（36;230）、使所述转子（32;224）被驱动达到所述转速、从而进行碳酸化的循环控制装置。

28、按权利要求27的设备，其特征在于所述循环控制装置（100;400）是当所述空间装入二氧化碳至所述加压的压力之后，促动所述驱动装置（36;230）以使碳酸化开始进行的装置。

29、按权利要求28的设备，其特征在于所述循环控制装置（100;400）是在进一步操作中可促动所述装置（64，V3;222，286）用来在碳酸化完成之后排送浓缩物的装置。

30、按权利要求1-5和15-18中任一项的设备，其特征在于所述转子（32;224）在所述碳酸化室（10;200）中是偏心安装的。

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