CN101878064A - 间歇地用气体使饮用水碳酸化并输出该饮用水的装置和方法 - Google Patents

间歇地用气体使饮用水碳酸化并输出该饮用水的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种方法以及相应的一种装置，用以使气体尤其是二氧化碳和/或氧气间歇地富集于饮用水中并输出该饮用水，其中，利用微型泵(3)尤其是利用输出量很小的电磁往复式柱塞泵向所述混合器(5)供应水，并且通过流入所述混合器(5)的气体来实现排出过程所必需的高流量。

Description

间歇地用气体使饮用水碳酸化并输出该饮用水的装置和方法
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的方法和一种根据权利要求7前序部分的装置，用以使气体尤其是二氧化碳和/或氧气间歇地富集于饮用水中并输出该饮用水。
使二氧化碳(CO2)富集于饮用水(也被称为碳酸化)的装置和方法早已属于现有技术。在此，碳酸化的原理大致可以分为以下两种类型。
在专业化和半专业化的吧台设备中，气体富集是在压力容器中完成的，利用相应的传感器来掌握该压力容器的填充状态，并且通过高压泵将该填充状态尽量保持在同一水平上(例如，DE 30 38 045)。某些情况下，利用另外一个泵将这样富集了气体的水额外地经过冷却系统进行循环。但是，在这种碳酸化方法中缺点在于为了保证容器中足够的液位，必须提供大功率的泵单元。这种高功率泵单元不仅在测量技术、控制技术和调节技术方面非常复杂，而且还极为昂贵，因此对于普通家庭并不适合。
出于这种原因，近来研制出了所谓的“在线碳酸化机”，以便按照连续通过法(Durchlaufverfahren)将二氧化碳富集至普通家庭的自来水中(参见WO 2004/024306，PCT/DE01/04128)。然而如果相应的家庭中的自来水压力过低，或者如果应当在无需固定管道接口的情况下实现碳酸化，那么在这种碳酸化的方法中也需要升压泵。由于在这种碳酸化方法中在流量为1至2升每分钟的情况下，大约为3至4巴的流体压力就足够了，因此与传统方法相比，虽然要求被显著降低，但是仍然还是造成了值得注意的额外成本。
从前述的现有技术出发本发明的任务在于给出一种方法和相应的一种装置，用以使气体尤其是二氧化碳和/或氧气间歇地富集于饮用水中，该方法克服了前述的缺点，尤其是允许廉价地(需要时，也允许逐份地)使气体富集于少量水中并输出这些水，从而适于在普通家庭中应用。
该任务通过根据权利要求1所述的方法和根据权利要求7所述的装置来解决。从属权利要求说明了有利实施方式。
根据本发明方法的主要方面在于，利用微型泵尤其是输送量很小的电磁往复式柱塞泵向混合器供应水，并且通过流入混合器的气体来实现排出过程所必需的高流量。因此，在根据本发明的方法中，利用微型泵(如简单的电磁往复式柱塞泵，其流量例如被限制为每秒几微升)将水从储存容器供应给混合器。因此按照有利方式，针对不希望或者无法固定连接在自来水管网上的情况下，通过根据本发明方法能够廉价地生成和输出富集了气体尤其是二氧化碳和/或氧气的饮用水，在必要时，根据本发明方法饮用水也能够被限制为少量输出或者逐份输出。由于制造成本很低，因此可以期待类似于前些年出现在市场上的所谓手持式苏打水机(Handsprudler)那样，被广泛地应用在普通家庭之中。
根据本发明的一个重要方面，通过始终存在于混合器的气体压力实现排出过程所必需的用于快速填充饮水容器的流量，其中，该气体压力造成混合室内的液面被相应地降低，并且在排出过程结束之后，通过微型泵的反复工作(例如借助于简单的定时开关操作)来重建等势(Niveauausgleich)，从而可以有利地省略根据迄今为止的那些现有技术的复杂且昂贵的填充量传感器和填充量控制器。
流量是通过当前的气压和出口几何形状确定的，并且每次排出过程的排出量也可以简单地(例如借助于简单的定时控制)通过电磁阀来预定。
在一个优选实施方式中，该出口还配设有流量调节器，该流量调节器与当前压力无关地保持流量恒定，这些流量调节器类似于目前已经在卫浴设备中应用的节水器(Wassersparer)，也可以整合到电磁阀中，通过商业方法购得。由此可以节约额外的成本，这是因为现在应用在气体侧的减压器的精度对于每次输出的份额大小不再起到决定性作用。另外，这样还可以通过改变气体压力来确定水的饱和度。
在一个优选实施方式中，混合器具有用于生成尽量高的相界面的喷头和与该喷头连接的混合室。特别适当的是，喷嘴环形间隙和相对该喷嘴环形间隙设置在中央的气体喷嘴，这是因为在该实施方式中能够以相对低的压力损失实现良好的雾化，并且还在混合室的壁上额外地形成下流膜(Fallfilm)。
本发明的另一有利实施方式规定，混合器配设有冷却单元，优选在混合器和出口之间配设有冷却单元，其中，通过应用热-电冷却器(如WO 2006/034829所说明的那样)能够将制造成本保持得很低。
此外有利的是，储水容器或者水管配设有过滤器元件。
下面结合附图并根据实施例来说明本发明的其他细节和优点，其中，该附图是根据本发明的装置的简化框图。
在该附图中结合示意性框图示例性示出的装置1尤其被设置用于使提供给最终消费者的饮用水碳酸化，并在需要时将该饮用水逐份地提供给最终消费者。
该装置包括储水容器2，从该储水容器2出发，利用微型泵3经由水管4向混合器5供应饮用水，所述微型泵3优选为电磁往复式柱塞泵或类似的微型泵。
该装置1还具有储气罐6，从该储气罐6出发，气体管路7经由减压器8和止回器9通向混合器5。
混合器5包括喷头10和混合室11，其中，喷头10例如按照WO2004/024306所述的方式构成的。该喷头10包括喷嘴环形间隙12和中央气体喷嘴13，其中，喷嘴环形间隙12与水管4连接，而止回器9与气体管路7连接。
富集气体之后的水经由与排出管15直接连接的出口离开该混合室11。排出管15配设有流量调节器17和电磁阀18，在需要时，该饮用水也可以先流经冷却装置16。
通过开关或者按键19对装置1进行控制，该开关或者按键19优选经由相应的定时器或者说定时器开关20、22与电磁阀18和微型泵3连接。如果消费者现在操作了该开关或者按键19，那么排出管15中的电磁阀18被打开，并且启动往复式柱塞泵3。经由气体管路7涌入的气体将富集气体后的水从混合室11压出，而且由于往复式柱塞泵3的输送量很小，因此混合室11内的液位显著降低，也就是说，混合室11内的压力降至在减压器8处设定的压力值。这里，混合室11的容量至少相当于每次排出过程的目标排出量。
如果通过使用了流量调节器17使得流量任何时候都保持恒定，那么按照最简单方式，该排出量可以通过定时器20来确定。例如如果在每次操作按键19时，输出容器21均被加注200毫升的液体，并且例如流量调节器17采用的流量为2升每分钟，那么该电磁阀的定时器20应当被设定为6秒钟。混合室11的容量在这种情况下也应当最小为200毫升，此时混合器5在自动排出过程结束之后完全被二氧化碳填满。
优选如此设定或者说优选可以如此设定减压器8上的气体压力，即，通过微型泵3的反复工作使得当前填满混合室11的气体可以被再次完全溶解，由此得到每升水4到6克的“溶解浓度”。
在所述反复工作期间，在混合室11内的压力再次上升至泵3的最大输送压力，从而有利于气体的快速溶解。可以利用定时器开关22来实现微型泵3为重新注入混合室11所必需的反复工作时间。在该注入过程结束之后，该装置再次处于准备排出状态。
到此为止已经结合实施例说明了本发明。应当明白，可以在不偏离本发明的思想的情况下，做出各种改变和变形。
附图标记列表
1    设置
2    储水罐
3    小压力泵
4    导水管
5    混合容器
6    储气罐
7     导气管
8     减压器
9     回流防止器
10    喷管体
11    混合室
12    喷嘴环间隙
13    气力喷射喷嘴
15    分流管
16    冷却装置
17    流量调节器
18    电磁阀
19    按钮
20    计时器
21    分流器
22    定时开关

Claims (16)

1.一种通过混合器(5)使气体尤其是二氧化碳和/或氧气间歇地富集于饮用水中并输出该饮用水的方法，所述混合器(5)被输入饮用水和气体，其特征在于，
-利用微型泵(3)尤其是利用输送量很小的电磁往复式柱塞泵向所述混合器(5)供应所述饮用水，并且
-排出过程所必需的高流量是通过流入所述混合器(5)的气体实现的。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过流量调节器(17)尽可能恒定地、与工作压力波动无关地保持在所述排出过程期间的所述高流量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过对为所述排出过程设置的电磁阀(18)的定时开关操作(20)来设定每个排出过程的恒定的排出量。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，在所述排出过程结束之后，通过所述微型泵(3)的反复工作再次填充所述混合器(5)。
5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，为了保证所述混合器(5)的足够的液位，对所述电磁阀(18)和所述微型泵(3)执行定时开关操作(20、22)。
6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，通过利用减压器(8)来改变气体压力从而能够调节饱和度。
7.一种通过混合器(5)使气体尤其是二氧化碳和/或氧气间歇地富集于饮用水中并输出该饮用水的装置，所述装置具有用于液体输入管路(4)的接口、用于气体输入管路(7)的接口和用于输出管路(15)的接口，所述输出管路(15)用于输出富集气体之后的饮用水，其特征在于，
-处于所述液体输入管路(4)中的微型泵(3)尤其是电磁往复式柱塞泵，
-处于所述气体输入管路(7)中的止回器(9)，以及
-处于所述混合器(5)的输出管路(15)中的电磁阀(18)。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，通过电磁往复式柱塞泵构成的微型泵(3)的输送量小于排出过程期间的流量。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述输出管路(15)配设有用于保持流量恒定的流量调节器(17)。
10.根据权利要求7至9之一所述的装置，其特征在于，所述电磁阀(18)和所述微型泵(3)可以通过定时开关(20、22)来控制。
11.根据权利要求7至10之一所述的装置，其特征在于，在所述气体输入管路(7)中，在所述止回器(9)上游设有减压器(8)，所述减压器(8)能够被调节以改变饱和度。
12.根据权利要求7至11之一所述的装置，其特征在于，所述混合器(5)具有用于扩大相界面的喷头(10)和与所述喷头(10)连接的混合室(11)。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述喷头(10)具有喷嘴环形间隙(12)和相对所述喷嘴环形间隙(12)设置在中央的气体喷嘴(13)。
14.根据权利要求7至13之一所述的装置，其特征在于，所述装置(1)具有储水容器(2)，所述储水容器(2)能够以手动方式和/或通过管网来注水，并且利用所述微型泵(3)通过所述液体输入管路(4)将水从所述储水容器(2)供应给所述混合器(5)。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，为所述储水容器(2)或者由水管构成的所述液体输入管路(4)配设过滤器元件。
16.根据权利要求7至15之一所述的装置，其特征在于，所述混合器(5)配设有冷却单元(16)，具体来说所述冷却单元(16)优选设置在所述输出管路(15)中。
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