CN1021410C - 带反应剂的二氧化碳发生器 - Google Patents

Abstract

一种通过存放在同一容器中的两种反应剂的化学反应化学地产生气体的气体发生器。反应剂通常被气体发生腔隔离在容器的不同区域。当气体发生腔的压力低于预定压力时，一个等于预定压力的基准压力源使两种反应剂互相接触。当气体从腔中通过阀流出时，腔中气压的下降使得反应剂更进一步混合。当腔中压力等于或高于基准压力源作用的预定压力时，反应剂被再次分离并且停止发生气体。

Description

本发明涉及一种易于处置的利用化学反应剂产生二氧化碳气体的二氧化碳气体发生器。现有的二氧化碳气瓶沉重，相对昂贵并且只能作为可回收的、可重新灌注的容器使用。因为这类气瓶承受的压力很高，所以在操作时必须十分小心谨慎。

随着向小型化和用于软饮料的家用分配器的发展趋势，糖浆包装一般都是一次性的，那么制造一次性二氧化碳封装自然也具有一定吸引力。还有，对于某些现有的销售渠道，例如超级市场，只有提供一次性封装才能有效地打通。还有一种因素必须考虑到，即分配器的使用者们在操纵高压气瓶时有一种可理解的紧张情绪。现在已经有了一种高压二氧化碳容器，它们一般含有约8克二氧化碳，但是价格昂贵，并且实用容积的极限约为16-20克。因此它们不能作为一种解决方案，因为这一数量勉强够用于向2升饮料充碳酸气，而要推动分配器中的饮料还需要可观数量的另外的二氧化碳。

因此，便宜、轻巧、非高压或压力适中的二氧化碳封装能提供一种全新的关于为非专业用户设计的小型分配器的商业机会。

因此，本发明的主要目的是提供一种装置，它能把必要的反应剂自动地混合到一定程度从而在预定压力下产生气体。

本发明的另一个目的是提供一种全自动的而且易于携带和运输的气体发生器。

本发明还有一个目的是提供一种易于处理的气体发生器。

本发明再一个目的是提供一种非高压的装置，它可与一个外基准压力源结合，使必要的反应剂混合到维持这一基准压力所需的程度，来自动地产生气体。

本发明还有一个目的是提供一种装置，它可使饮料瓶的头部空间在使用过程中维持预定的压力。

本发明又一个目的是提供一种装置，它可使液体容器中保持一定压力，并且通过一个简单的排放头排出液体。

本发明又一个目的是提供一种结构简单易处置的容器用排放头。

本发明再有一个目的是提供一种适用于烟雾容器中维持头部空间压力的气体发生器容器的结构。

本发明的解决方案包括使用一种物质如碳酸氢钠，它与一种液体酸，如磷酸接触产生二氧化碳。或者，使用碳酸氢盐和固体酸，如柠檬酸的粉末混合物，然后只要加水就可放出二氧化碳。所使用的化学品可以是那些在饮料中常常含有的种类，以便不引起人们的担心。因为当混合成液态时，化学品只产生气压，所以它们的包装可以相对简单些。

用化学法产生二氧化碳已为人所知，但至今为止其应用十分有限，因为没有一种能在一种可控制的压力（如1-8巴）下产生二氧化碳气体的简便易行的方法。按照本发明，提供了各种装置，其中在一个系统中封装了化学品，它能在预定压力下释放出二氧化碳。它能够作到只有当二氧化碳气体要被抽取时，药品才发生反应，这样使化学反应刚好满足维持使用者所需压力的需要。基本结论是，所用的化学混合物既可以是液态的，也可以是液-固态的，还可以是固态的，它可以被盛在相当简单的只能承压中压的塑料包装中，或者依使用者的选择，选用无压力的干燥固体形式。这种包装价格不贵，并且整个系统会使用户感到简单、方便。

还有，除了直接用于饮料分配外，这种方便的二氧化碳封装在饮料及其它制品方面还有许多家庭用途。例如：

把封装插入一个充碳酸气的大饮料瓶中，当封瓶时就产生二氧化碳，这样，直到饮用前容器的头部空间始终保持一个二氧化碳气体压力，这样，在整个消费期中可以使饮料保持新鲜，改进了较大包装饮料的质量。这样一种装置可制成铅笔型，在装瓶过程中先于封盖工序放入瓶内，而且要保证高的搁置寿命而不对瓶的包装本身提出特殊的隔离要求。

把气体发生器装在简单的排放头中，这样保持特大饮料瓶和其它产品瓶罐的头部空间压力，以便用户简单地按压排放头就可以排出液体。这样将改 进大液体容器的便利性。就充碳酸气的饮料来说，使得销售随时可供使用的由一个大瓶、一个简单的排放头和一个二氧化碳发生器组成的“预混合”调配器成为可能。

在装置中同时包括气体发生器需要一种有推力的气体，如烟雾剂。可控制的，二氧化碳低压源的应用消除了一直存在的生产问题。现在的推进剂是处于沸点的液体，它必须是不可燃的并且没有有害蒸汽。而目前使用的各种卤代烃对人体的健康和环境等的作用很可疑，而二氧化碳既不可燃，而且对环境和人类也都没有害处。

这里将叙述本发明二氧化碳气体发生器的一些可能的形式，同时也参照上述的各种应用来叙述它的实施例。

一种通常被称为“跳跃（kipps）装置”的气体发生器已经公知，但它只在刚高于大气压时产生气体，而且不能运输。现有的使用酸/碳酸氢化合物的其它系统又不便于操纵。本发明的系统能提供可运输的、方便的中压气体。

从下面的详细叙述中可看出本发明的进一步的应用范围。然而，应该明白，当指明本发明的优选的实施例时所作的详细说明中所举的特例只是作为一种说明，因为熟悉本领域的技术人员从详细说明中可以作出各种变化和改进，而这些变化或改进都未脱离本发明的精神和范围。

通过下面的详细解释将对本发明有更深入的认识，但本发明并不局限于这些图示。

图1A到1C是正视简图，表示了本发明的气体发生器的基本原理。

图2A到2H表示本发明的气体发生器的基本原理的各种情况的简图。

图3A是本发明的气体发生器的一个具体装置的正剖面图。

图3B是图3A中二氧化碳阀（V）的放大截面图。

图3C是从气体发生器输出二氧化碳的另一种装置的截面图。

图3D是本发明的另一个装置的正剖面图。

图3E是图3D中“A”的局部放大图。

图3F是图3D中阀Ⅵ的放大视图。

图3G表示了图3D中阀Ⅵ的另一种结构形式。

图3H表示了图3D中阀Ⅵ的又一种结构形式。

图3I表示了装有图3G和3H所示阀门的本发明的具体装置。

图3J和3K表示了本发明的其它具体装置。

图3L是只用于液体反应剂的本发明的实例。

图3M表示了使用外部压力源的本发明的具体装置。

图4A到4C显示了插入到饮料瓶中的本发明的气体发生器，图4A是发生器的截面图，图4B是在瓶子中的发生器的局部剖视图，图4C是表示发生器和瓶子相对比例的简图。

图5A到5C表示了在饮料瓶中使用本发明的气体发生器，该饮料瓶带有可用手打开的瓶盖。

图6A和6B显示了本发明的气体发生器用于烟雾容器中。以保持容器头部空间所需压力的情况。

基本原理示于图1A到1C。首先，在图1A中，一个预压气腔Ga压迫反应剂Ra通过一个小孔So，当反应剂Ra一接触到在低压腔Gb中的反应剂Rb，即释放二氧化碳气体。反应剂Ra不断地流向Gb腔，直到Gb腔的气体压力与Ga腔的气体压力相同为止。由于液体Ra的表面张力而使流动停止。当打开阀V放出气体，为了达到压力平衡，更多的反应剂Ra流入Gb腔。在Ga腔中的预定压力作为一个基准，它控制着气体压力的产生，实际上是一个预压记忆。其结果是，反应剂Ra和Rb的气体成分只是在使用时才被释放，系统的总压力不会超过预定基准Ga，实际上系统总压力就是用户压力，也就是可能的最低的系统压力。这个系统是自动响应的，一次预封装后，将在一个预定压力下提供气体，直至反应剂耗尽。使用者只需打开阀V。可以用普通材料封套此系统，因为这里只涉及较低的压力。

至于反应剂，可以有多种选择，反应剂Ra可以是普通的水，这时Rb应该是碱和酸的固体混合物（例如碳酸氢钠和柠檬酸）。或者，Ra可以是酸溶液（例如磷酸），而Rb是碱（比如碳酸氢钠），这样对压力的变化能产生较快的系统反应。为了得到对压力变化能做出迅速响应的系统，Ra和Rb都可以是溶液，如图IB所示的情况。

由气压腔Ga提供的压力记忆可以由机械系统 代替，如弹簧，如果在特殊应用中这样做更方便的话（见图1C）。在这种情况下气体腔Ga由弹簧Sp和一个活塞或隔膜P、或其它类似的装置代替。所有装置都必须使孔So处产生恒定的所要求的压力。

根据应用情况，在此基本原理上的变型是可能的，有些变型情况示于图2A至2H

例如，反应剂Ra和Rb可以允许达到平衡，这时，一旦Ga和Gb中的气体压力相等，反应剂Ra就被推回到Ga腔中。当需要精确的平衡控制时，可以使用这一特性。在图2A中，反应剂Ra流入反应剂Rb，直至气体压力Fg与Ga平衡，在这一时刻，反应剂Ra被压力推回离开Rb，反应停止。

在图2B中，同样的效果是通过使用弹簧和类似的机械作用装置来实现的，它带有一个活塞或隔膜。以代替预置气压。在图1C中，气体在内部被推到装置的顶部，这种形式可能在某些特定的应用中是重要的。

对于气体出口最好是在系统顶部的应用系统，图2E和2F表示了与与图2A、2B和2C具有相同原理的，但是反应剂位置是颠倒的例子。

在传输过程中，在图2A、2B、2C、2E和2F中，反应剂Ra的导管必须盖上，并且在使用时打开。否则将发生反应剂不必要的混和。这可以通过安装一个普通的阀来做到，当气体发生器接通使用时这个阀被打开，安装这样阀V₁的例子由图2D给出。

或者，反应剂Rb可以吊挂并定位在两个细筛中间，如图2G所示。无论容器是水平放置还是垂直放置，反应剂Ra都不能触到Rb，由于气体出口管C的结构也不可能从气体出口跑出。压力腔Ga通过一个隔膜或活塞起作用，其中的气体不会与Gb腔的气体发生混合。这样的容器在运输中其系统不会受到影响，并且一旦打开阀V就可以使用。这种系统的另一种形式是使用弹簧，如图2F所示。

可以运输的系统的另一种形式示于图2H，反应剂Rb被吊在两个薄隔膜之间，通过一个小孔供给反应剂Ra。可以使用前述的任何一种把Ra加压到预定水平的方法，或者可以使用一个预压柔性袋，这个袋是配重的，以使它沉在容器的底部。柔性袋FP膨胀以保持压力Gb。一旦Gb与Fp中的压力平衡，反应剂Ra被推回到它自己的容腔，气体发生作用停止。无论这一装置处于颠倒的或水平的位置，只要在Fp中的压力与Gb相等，表面张力就防止反应剂Ra漏到Rb上。

上述的几种形式，只是表明了使用同样基本原理的各种形式中的一些，根据用户系统要求的类型，所有形式都有应用。

气体空间Ga或柔性袋Fp的预压力可以利用带保护层的反应剂Rb小丸与反应剂Ra来产生。这样这一空间（或柔性袋）可以在未加压状态下封闭，在封闭之后的一段时间里建立预压力（这完全依赖于所使用的反应剂的数量）。慢速溶解，保护层可以例如是糖或其它在水中的慢速溶解介质。

另一种选择是，预压柔性袋中可以包含一种液体，要选择这种液体的沸点，使其能在使用温度下提供恒定的压力。这样的装置可以更紧凑，因为只用气体的预压袋或预压腔必须有一个较大的空间，以对付不希望怕压力变化。

根据已经叙述的原理的气体发生器的一个实例，在各元件中包括一个容器9，其结构是压铸塑料件，示于图3A。其底部10中有第1或下反应腔11，它包含一个柔性塑料袋12和一个配重14。利用已叙述过的方法，该袋12被充满带保护层的反应剂Rb颗粒和液体反应剂Ra，Rb与Ra是以适当的比例配制的，只要在封闭之后一段时间保护层被溶解，便产生所需的压力Ga。反应剂Ra被充满于基段10的第1反应剂腔11中。因为柔性袋12只是在较晚的时间才膨胀，基段10的下腔11只是部分的充满而且在装配时没有操作问题。中间段16包括第2反应剂腔13，也是压铸塑料，它包括一个在其基段的小孔18，该基段是一隔板19的形式。一张圆形的滤纸20放在小孔18的上面盖住整个底面，反应剂Rb以颗粒状或粉状倒注在滤纸上，一张薄的保持膜置于反应剂Rb上，顶段24也是压铸塑料。它用于压住反应剂隔膜22。前三个部分10，16和24以适当垢方法溶接。在装配之后的一段时间里，带保护层的小丸在柔性袋中溶解，柔性袋膨胀，压迫反应剂Ra通过小孔18到达反应剂Rb。一旦在腔15中的发生气体Gb的压力上升到柔性袋12的预定压力Ga，腔13中的反应剂Ra被排出到底腔或腔11，柔性袋 12受到适当压缩。以后，每当气体腔15中的压力下降，柔性袋12就再膨胀以使反应剂Ra与腔13中的Rb相接触，这样就保持了供气压力。

气体通过一个简单的阀放出，如图3B所示，或者可以使用如图3C所示的简单的导出装置。这时，该装置顶段24的顶部26被一个外部工具28在预定的破坏点27处穿透，而这一外部工具同时也封住了进口管道30，同一个破坏点27是该装置的压力保险圆片。

这一系统在气体腔达到平衡压力之后就可以运输，因为在小孔处的表面压力阻止液体进入反应剂Rb的空间。

包含在图2A至2H中所示的其它基本系统的类似的实施例在所述原理之下也是可行的。另个实施例示于图3D。在这里，预定压力Ga是由气体腔17提供的，反应剂Ra被推入导管32升到Rb处。当Ga和Gb的压力相等后，Ra沿导管32返回，下到自己的空腔，反应停止。为了运输，在中心管32的底部可以用一个简单的阀V1，或者如图3G所示，中心管32可以在底部封闭，并且具有一个预定的破坏点34，在使用之前破坏点在底部的压力作用下破坏，适当的压力可以由旋转外帽36获得，外帽带有一个压力销38′。利用同一原理的另一种变型示于图3H，这里中心管32有一个薄金属封片39，当把管子压向外部凸起物时封片39从底下被戳穿。（例如，在一个分配器中的二氧化碳腔底部的凸起物）。图3I表示了装有在图3G和3H中的所示阀体的具体装置。

图3J和3K是根据所述原理的其它具体实施例，它们证明较易于在高速生产线上生产。图3L是一个只使用液体反应剂作为Ra和Rb的系统的实例。由于在Ga腔度部的小孔上表面张力的作用，只要Ga和Gb的压力一达到平衡，反应剂Ra的流动就停止。在使用时压迫底部，使穿透管42穿破在Ga腔底部的密封薄膜44放出Ra。

如果这种装置用于自动售货机，它可以设计成反应剂Ra的必需压力是从外部提供的，设计一个带有全部附加的生产优点和运输优点的无压发生器是可能的。图3M中所示的就是这种装置。这里没有已建立起来的压力记忆，代替它的是一个简单的波纹管46或薄膜或活塞。基准压力是一个外部压力源提供的，这个外部压力源是在使用这一发生器的装置内，它压缩波纹管46。此后发生器的作用过程就像已经叙述过的一样。

气体发生器可以设计成一个管状，它被插入一饮料瓶，只有当瓶关闭的时候才释放气体。在图4A和4B中表示了这样的实例。气体发生器本身使用了上面所述原理中的一个，但是许多其它的原理也可以适用于这种应用。

这个管状物是铅笔形的，它可以通过普通的瓶口（见图4C）。图4A的管状物是由与前述气体发生器相同的四个部分组成：一个包括反应剂Ra的基段，一个预压袋，一个包括反应剂Rb的中段，一个顶段（在这里它位于瓶口处）最后是一个气阀，它在这种情况下是在关闭压力下打开的。中段有一个小孔，它凸出在反应剂Rb的表面之上。薄网或细筛挡住反应剂Rb，被压在小孔的边缘上，由小孔管外侧的凸台定位。直到当气体腔的压力与柔性袋的压力达到平衡为止，反应剂Ra流到Rb上。一个简单的压铸塑料阀V₂被熔接在顶部，它在关闭的向下压力下被打开。这种阀的实例示于图4B，同时还显示了把管状物装在饮料瓶口上的方式。这种阀有两个压铸塑料件组成：阀体和阀杆。阀杆位于气体出口管中，其上熔接着许多爪，它们的作用如同弹簧。无论何时当向下的关闭压力解除时，在气体压力协助下，这些弹簧帮助封闭阀，这样，当瓶子打开时就没有气体跑出。

当瓶子再一次关阀时，气体产生，并且充满瓶子的顶部空间，直到其压力与柔性袋压力相等为止。

在瓶子的运输过程中，气阀是打开的，实际上在瓶子第一次盖上以后，气阀总是打开的。但是，没有反应剂能进入饮料，因为在气阀下的反应剂是粉状的，其气体出口管设计得不允许液体和固体跑出，而气体压力又帮助使液体处于较低的空间。而且，因为反应剂使用了饮料型的成分，所以管状物的泄漏不影响饮料的安全饮用。

气体发生器可用来维持饮料瓶（或其它流体容器）头部空间的压力和通过打开在吸管头部的阀使饮料（或其它液体）能通过吸管排出。一个这样的实施例示于图5A、5B和5C。

气体发生器容器示于图5A。它包括一个装有反应剂Ra和含有一个带预压力的柔性塑料袋的基段，一个盛有反应剂Rb并有一个小孔、滤纸和隔 离膜的中段;和一个压住隔离膜和带气体出口的顶段。当装配气体发生器时气体出口被密封，充填后恰好在封帽之前管子被割破以开始释放气体。气体以已叙述过的方式发生，以维持瓶子头部空间的气压。

气体发生器被支持在排放吸管上的支持环上，如图5C所示。

排放头的实例见图5B，它包括五部分：一个帽盖段，它拧开瓶口螺纹上并与吸管连接，一个阀芯，一个运输密封锁环，一个弹簧和一个压头。帽盖段包括一个出口。阀芯坐在帽盖段基部的台肩处。当其被压下时打开液流。阀芯上模制了多个膜片，密封住帽盖段顶部的孔以防止液体泄漏，弹簧把阀芯向上压以使阀关闭。这一行为得到瓶内头部空间压力的协助。当弹簧被作用在排放头上的向下的压力压缩时，阀打开，液体在头部空间气压推动下流动。为了安全地运输，密封锁环向上压住排放头，确保阀关闭。使用者把它向下拧到停止就可以打开此密封环。这样使排放头恢复自由而能够被使用。所有这五个排放头部件都模塑制成。

上面叙述过的用于饮料分配器的容器也可用于保持烟雾剂中头部气压。两个这样的例子示于图6A和6B。它利用了已叙述过的原理。在烟雾剂就要被密封之前切开气体出口管或用一个简单的阀就可释放出气体，原理如图4b所示，它用打开容器盖的方法。

经过这样叙述后，显而易见，可以用许多方法加以变化。然而这些变化将不被认为脱离了本发明的精神和范围，所有那些对于熟悉本领域的人员是显而易见的改进都被认为已被包括在下述权利要求的范围之内。

Claims (12)

1、带反应剂的二氧化碳发生器，其特征在于它包括：

a)一个容器9，它至少包括一个用来限定相对的第一和第二反应剂腔室11和13的隔板19，

b)上述一腔室11中的液态反应剂Ra和另一腔室13中的第二反应剂Rb，上述液态反应剂Ra与第二反应剂Rb一经接触即发生化学反应产生二氧化碳气体Gb，

c)上述容器中有能容纳承压发生二氧化碳气体Gb的气体发生腔15，

d)使预定压力Ga作用于液态反应剂Ra的基准压力装置12，能推动上述液态反应剂以与发生二氧化碳气体Gb反抗液态反应剂产生的力相反方向运行至上述第二反应剂Rb，

e)仅当气体发生腔15中的压力低于上述基准压力装置12为上述液态反应剂提供的压力时，孔18的尺寸按液态反应剂Ra的张力性质选定，使上述至少一个带孔隔板20能使液态反应剂Ra通过并与第二反应剂Rb反应发生二氧化碳气体Gb进入上述气体发生腔15，并仅当上述气体发生腔15中的压力与上述预定压力相等或超过时，防止液态反应剂Ra与第二反应剂Ra反应；并且

f)与该气发生腔15流体连通以便当“打开”时从腔中排出二氧化碳气体Gb并在“关闭”时防止气体流走的阀装置V，打开时从上述腔中撤出的二氧化碳气体Gb的压力与上述预定压力大致相同。

2、按权利要求1的装置，其特征在于该基准压力装置包括一个充有该预定压力的第二气体Ga的柔性袋12，该袋12与该第一反应剂Ra的第一侧接触。

3、按权利要求2的装置，其特征在于第二气体Ga是用该柔性袋12中的附加反应剂Ra和Rb的化学反应产生的。

4、按权利要求1的装置，其特征在于该基准压力装置是一个压缩弹簧Sp，它对该第一反应剂Ra的该第一侧有一作用力。

5、按权利要求1的装置，其特征在于基准压力装置是一个充有等于该预定压力的气体Ga的波纹管46，该波纹管46对该第一反应剂Ra的该第一侧有一作用力。

6、根据权利要求3所述的装置，其特征在于附加反应剂包括涂覆颗粒Rb和液态反应剂Ra，用来在涂层溶化时产生所需的压力。

7、根据权利要求3所述的装置，其特征在于它还包括置于孔装置18上的过滤装置20。

8、根据权利要求1所述的装置，其特征在于上述第二反应剂也是液态的。

9、带反应剂的二氧化碳发生器，其特征在于它包括：

一个容器9，其中充有由第一液态反应剂Ra和第二固态反应剂Rb通过化学反应产生的二氧化碳气体Gb，上述容器包括：

一个基段10，其中盛有上述第一反应剂Ra和对上述第一反应剂Ra施加预定压力Ga的基准压力装置12，

一个中段16，其中盛有上述第二反应剂Rb，上述中段包括一个隔板19，与上述基段10相邻，在上述第一和第二反应剂Ra和Rb之间有孔装置18，，在上述孔装置18的第二反应剂一侧上装有过滤装置20，及设置在第二反应剂Rb上的薄隔膜22，和

一个在上述薄隔膜22上的顶段24，它限定第二反应剂Rb上的气体发生腔15。

装在上述顶段24上的阀装置V，当打开状态时，与上述气体发生腔15中液体连通，用来排出二氧化碳气体Gb，并当关闭时防止二氧化碳气体Gb流出;

上述孔装置18的尺寸根据液态反应剂Ra表面张力的性质决定，仅当上述气体发生腔15中的压力低于施加给第一反应剂Ra的基准压力Ga时，使上述第一和第二反应剂Ra和Rb相互混合并发生二氧化碳气体Gb进入上述气体发生腔15，当上述气体发生腔15中的压力与加于第一反应剂Ra的基准压力Ga相等或大于它时，防止第一第二反应剂Ra和Rb混合，当打开时从阀装置V中排出的二氧化碳气体Gb的压力基本保持与基准压力相同。

10、根据权利要求9所述的装置，其特征在于向第一反应剂施加基准压力的上述装置是一个配重柔性袋12，其中装有成分同于第二反应剂Rb的和附加液态反应剂Ra的涂覆颗粒，袋中的反应剂Ra和Rb会相互反应生成具有预定压力的二氧化碳气体Ga。

11、根据权利要求9所述的装置，其特征在于上述基段，中段和顶段10，16和24是用塑料制成并连接在一起。

12、根据权利要求9所述的装置，其特征在于上述阀装置V包括一个活塞28，和一个在顶段24的可被活塞刺穿的壁30，上述壁也会被气体发生腔15中超过安全压力限度的压力破坏。

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