CN108495704A - 用于混和气体和饮料的碳酸化管道及碳酸化过程 - Google Patents

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Abstract

一种用于混和气体和饮料的碳酸化管道(1)。碳酸化管道(1)包括管状结构(12)，其包绕压缩结构(13)，压缩结构(13)沿纵向定位在管状结构(12)内部，并且设定用于饮料沿着碳酸化管道(1)流动的通道(14)。压缩结构(13)包括沿着碳酸化管道(1)顺序地限定会聚路径(8)、混合路径(19)以及减速路径(20)的外直径(P,C,G )，其中在会聚路径(8)中，碳酸化管道(1)包括用于气体注入通道(14)中的气体入口部分(9)，并且管状结构(12)限定了建立碳酸化管道(1)混合直径(F)的倒圆锥形突起(10)。

Description

用于混和气体和饮料的碳酸化管道及碳酸化过程
技术领域
本发明涉及碳酸化管道和碳酸化过程。具体而言，本发明涉及增大饮料中的气体溶解性的碳酸化管道和过程。
背景技术
在现有技术中已知的碳酸化过程和管道中，不可避免的是保持碳酸化罐中的压力稳定，以便维持饮料中的CO2体积恒定。
这是由于以下事实而发生：在现有技术中已知的过程和管道中，变量(i)饮料温度、(ii)饮料流率、(iii)碳酸化管道气体入口部分中的CO2流率，以及(iv)碳酸化管道结构构造全部相互关联，以便实现针对饮料中的CO2体积的均匀值。
在本发明中提出的碳酸化过程中，在饮料进入碳酸化罐并且罐内部的压力开始增大(考虑罐输出中的阀被闭合)时，此类压力增大通过控制调节阀的开启百分比而管理(控制地闭合)碳酸化管道中的CO2流率来控制。
另一方面，在提出的过程中，如果罐中的压力降低，则此类压力下降将通过增大碳酸化罐中的CO2流率来控制。
换句话说，如果罐中的压力增大，则调节阀闭合(文丘里阀中的CO2流率减少)。在现有技术中已知的常规过程中，在罐中的压力增大时，CO2排出(放出)至大气。
在本过程中，没有CO2排出，罐中的所有压力变化通过管理碳酸化管道和碳酸化罐中的CO2流率来立即地补偿。
此外，关于其提出的碳酸化管道在邻近于气体入口部分的区域中利用了倒圆锥形(turbilionating)突起，从而在饮料与CO2之间提供高效的湍流。
现有技术中已知的管道利用高压泵来为CO2和饮料混合(混和)产生高压区域。此外，这些管道提供碳酸化过程，其需要若干步骤来实现期望的CO2体积，这导致非常搅拌的饮料(搅动的)，从而使饮料填充过程变得低效。
此外，现有技术中已知的碳酸化管道减少了管道的面积，像瓶颈。在本发明中，管道的面积通过将不锈钢固体本体添加在管道中来减少，这增大了饮料与气体之间的接触面积。
如果饮料流率保持恒定并且碳酸化管道的面积减少，则饮料速度在其穿过减少的面积时增大。因此，如果动能增大，则由压力值确定的能量显著地减少。
该压力下降在本发明中提出的碳酸化管道的减少的面积中生成真空。该原理用于提出的碳酸化管道中，以将CO2引入管道中。
尽管该压力下降有利于气体与饮料之间的混合，但为了改进此类混合并且确保过程中的高效率，关于其提出的碳酸化管道进一步在管道的减少的面积中使用倒圆锥形突起。
提出的碳酸化管道的主要优点之一在于如下事实：碳酸化管道入口和出口之间的压力差在10％至20％的范围内。这意味着，2.0kg/cm2的管道入口中的压力将在管道出口部分中仅降低到1.6kg/cm2(最大降低)至1.8kg/cm2(最小降低)。在现有技术中已知的常规管道中，该压力差可达到50％。
此外，提出的碳酸化管道的效率不需要在碳酸化之后使用均化过程，如现有技术中已知的一些碳酸化过程和系统中需要的那样。
碳酸化管道的另一优点在于其允许水中的最佳CO2溶解，从而使CO2消耗最小化。
此外，如提出的碳酸化管道对可溶于饮料中的气体动能生成非常低的影响。因此，在填充时的饮料发泡最小化。
本发明中提出的碳酸化管道的另一优点在于，不需要使用流率计以便控制碳酸化过程中的气体流率，即使如此碳酸化过程效率被实现。
此外，提出的碳酸化过程利用不包含任何环、板或其内部的任何其它装备的碳酸化罐。要求权利的过程仅使用碳酸化罐来达到气体溶解。
此外，在要求权利的过程中，不存在气体的放出，因为未溶解在饮料中的气体被回收，以再次用于过程中。
碳酸化管道还在其进入管道时使用饮料速度来生成必要的真空，以提供饮料碳酸化，因此，气体入口部分中的气体压力相对较低。
要求权利的过程还提供了使饮料再循环以增大或减少气体体积的可能性。
此外，对于关于其提出的过程，如果饮料温度增大，则补偿的压力(在饮料中建立期望体积的气体所需的压力)增大，并且为了保持溶解在饮料中的CO2的体积恒定，CO2将添加在罐中(增大罐的压力)。
作为备选，如果饮料温度降低，则补偿压力的值也减少，并且为了保持饮料中的气体的期望量，碳酸化管道中的CO2流率将减少。
关于以上提及的补偿，过程将使补偿压力与碳酸化罐的内部压力的值相等(使其相等)。
在现有技术中已知的常规过程中，由于饮料温度变化的补偿通过将CO2排出至大气来完成，这在提出的过程中不发生，其中没有CO2被排出。
本发明的目的
本发明的第一个目的在于提供增大饮料中的气体溶解性的碳酸化管道。
第二个目的在于提供在过程的步骤期间减少气体损失的碳酸化过程。
第三个目的在于提供用于气体入口部分和饮料入口部分的结构构造，其增大饮料与气体之间的混合。
又一目的在于提供碳酸化管道中的倒圆锥形突起，倒圆锥形突起包括涡流壁，以在与现有技术的解决方案相比时在饮料中实现增大的气体可溶性。
本发明的又一目的在于提供具有三个良好限定部分的碳酸化管道。
附加目的在于提供碳酸化过程，其通过控制地管理进入碳酸化管道的CO2流率和进入碳酸化罐的CO2流率来补偿碳酸化罐中的压力变化。
附加目的在于提供碳酸化过程，其通过控制地管理进入碳酸化管道的CO2流率和进入碳酸化罐的CO2流率来补偿饮料温度的变化。
此外，另一目的在于提供碳酸化过程，其不将CO2排出至大气，以便补偿碳酸化罐中的压力变化和饮料温度的另外的变化。
附加目的在于提供碳酸化过程和碳酸化管道，其通过管理添加至碳酸化罐和碳酸化管道的CO2流率来保持溶解在饮料中的CO2的体积恒定。
又一目的在于提供碳酸化过程，其将碳酸化的饮料重新引入碳酸化罐中，以便增大或减小饮料中的CO2体积。
发明内容
本发明目的利用一种用于混和气体和饮料的碳酸化管道达到，碳酸化管道包括：管状结构，其包绕压缩结构，压缩结构沿纵向定位在管状结构内部，并且设定用于饮料沿着碳酸化管道流动的通道。
压缩结构包括沿着碳酸化管道顺序地限定会聚路径、混合路径以及减速路径的外直径，其中，在会聚路径中，碳酸化管道包括用于气体注入通道中的气体入口部分。管状结构限定了建立碳酸化管道混合直径的倒圆锥形突起。
附图说明
根据其优选实施例示出本发明，其示出：
图1为表示如本发明中提出的碳酸化管道的框图；
图2为如本发明中提出的碳酸化管道的截面视图；
图3为碳酸化管道的外部结构的截面视图；
图4为碳酸化管道的内部结构的截面视图；
图5为碳酸化管道的会聚路径的截面视图；
图6为碳酸化管道的会聚路径的附加截面视图；
图7为提出的碳酸化管道的截面视图，示出在气流进入碳酸化管道时的气流；以及
图8表示本发明中提出的碳酸化管道的气体入口部分的透视截面视图。
图9，其为碳酸化系统的代表，其中使用提出的碳酸化管道。
具体实施方式
图1为表示如本发明中提出的碳酸化管道1的框图。
如提出的碳酸化管道1用于提供饮料中的气体溶解性。通过饮料，可理解任何种类的可饮用液体，并且用于碳酸化管道中的气体优选为二氧化碳(CO2)。仍然参照图1，可注意的是，碳酸化管道1连接于碳酸化罐21。
碳酸化管道1的长度应当根据其直径来确定，该直径取决于需要碳酸化的饮料的量(流率)。换句话说，饮料流率确定了碳酸化管道1的直径，其确定了碳酸化管道的长度。碳酸化管道1的直径将在下文中描述为流动性直径K。
下表参照图2，并且表示碳酸化管道1的长度、流动性直径K以及需要碳酸化的最大饮料流率之间的关系：
饮料流率(m3/h) 流动性直径K (mm (英寸)) 碳酸化管道的长度(L1+L2+L3)
45 101.6 (4”) 840 mm
35 76.2 (3”) 625 mm
25 50.8 (2”) 400 mm
12 25.4 (1”) 320 mm
参照碳酸化管道1的结构构造，图2为管道1的优选实施例的截面视图。为了更好地理解，提出的管道1将分段成三个不同的良好限定的主要部分(会聚路径8、混合路径19以及减速路径17)。
如可从图2看出，如本发明中提出的碳酸化管道1包括与压缩结构13相关联的管状结构12(中空柱体或任何其它合适的截面)，此类关联设定了通道14，以用于溶液(即，有气体(混合路径19和减速路径17)或没有气体(会聚路径8)的饮料)的流动。图3和图4分别示出了管状结构12和压缩结构13。
如可从图2特别地看出，压缩结构13由管状结构12包绕并且沿纵向定位在结构12内部。此外，会聚路径8的长度L1等同于管状结构内直径K(流动性直径K)，如可从图2更好地看出。
碳酸化管道1还包括设置在会聚路径8中的饮料入口部分5。此类饮料入口部分5可从图2最佳地看出。更靠近混合路径19，入口部分5的通道14的面积减小，从而构造用于饮料的流动的漏斗形通路。
为了实现该构造，碳酸化管道1在压缩结构13的方向上包括来自管状结构12的倒圆锥形突起10，此类凸起构造为从管状结构12向内突出的平坦斜坡。
倒圆锥形突起10还包括构造成加强气体和饮料混合的涡流壁27。在碳酸化管道1的该优选实施例中，涡流壁构造为凹形表面并且具有1.3mm的优选的涡流壁深度H。此外，涡流壁半径R1优选为4.5mm。涡流壁27可从图5和图6更好地看出。
涡流壁27构造成在混合路径19中并且特别在邻近于气体入口部分9的区域中生成湍流效应。此类湍流允许饮料中的气体可溶性(溶解能力)增大(超过7％)，具体而言，此类增大在其接触气体时由于饮料加速和雾化而发生。
此外，提出的涡流壁半径R1减少了混合路径19中(特别是在邻近于气体入口部分9的区域中)的压力下降，因为饮料和压缩结构13在通道的最窄通路的区域中的接触面积为最小的。
此外，如图7中指示，涡流壁半径R1允许气流朝向饮料通量，因此避免了垂直气流进入并且因此实现以上论述的期望效率水平。
返回参照图5，其表示示出以上提及的元件的会聚路径8的截面视图。饮料入口部分5可理解为管状结构12与压缩结构13之间的区域，其允许饮料流动。
为了饮料在碳酸化管道1中的适当进入，偏移角A设定在压缩结构13中，如可根据图5看出。
偏移角从内部轴线(X)测量直到建立通道(14)的压缩结构的表面，如可从图5看出。
偏移角A不依赖于饮料流率，并且在碳酸化管道1的该优选实施例中，偏移角A设想近似8°的优选值。显然地，此类值仅表示优选的值，因为可使用其它大小的偏移角，例如，5°至10°的范围为可接受的。
仍然参照会聚路径8，其包括最大优选直径P，最大优选直径P为流动性直径K的值的0.85倍(P = K * 0.85)。
从图5，并且如已经提及的那样，可看出的是，会聚路径8包括从管状结构12至碳酸化管道1的压缩结构13的倒圆锥形突起10。
倒圆锥形突起10限定用于饮料流动的会聚角B，具体而言，会聚角B从压缩结构13的内部轴线X测量直到限定通道14的倒圆锥形突起10的表面，如可从图5看出。
角B建立了饮料流速与饮料压力下降(当其在由会聚角B界定的区域中流动时)之间的平衡。
在碳酸化管道1的该优选实施例中，会聚角B设想13°的值。像偏移角A，这仅为会聚角B的优选值，并且从8°至15°的范围将为可接受的。
倒圆锥形突起10建立碳酸化管道混合直径F，如可从图2更好地看出。对于突起10的适当构造而言，混合直径F应当比管状结构流动性直径K小16毫米(mm)，可容许0.1毫米的公差。
与管状结构直径K的该16毫米差允许会聚角B的正确构造，因为通过增大通道14的面积，实现了饮料湍流。
湍流在饮料离开由倒圆锥形突起10界定的区域并且进入混合路径19时发生。由于饮料中生成的膨胀，此类湍流允许饮料与气体之间的高速混合。
在混合路径19中，压缩结构13的直径应当直接取决于混合直径F，因为混合路径19的目的在于遵循文丘里构思来设定饮料压力的确定下降。在图2中，内部结构的直径由混合路径直径C表示。
优选地，直径C和F之间的比(C/F)应当在0.65至0.75之间(公差为0.1mm)。在该优选范围内，碳酸化过程示出高效率，因为对于大于0.75的值而言，压力下降将相当高。
对于小于0.65的值而言，会聚路径8中(并且特别是倒圆锥形突起10中)的饮料流率将不足以生成令人满意的真空水平(或负压)。
直径C和F之间的比具有增大饮料流率(在其经过倒圆锥形突起10(碳酸化管道的颈部)时)的目的，此外，提出的比设定了在其在倒圆锥形突起10的区域中流动时的饮料压力下降与生成的真空水平(或负压)之间的最佳关系。
混合路径19的长度L2应当以便由于预定的时间段(保持时间)而固持饮料加速度，从而在饮料中建立适合的气体体积。在优选实施例中，保持时间为大约40毫秒(ms)。
知道40ms的保持时间和饮料流率，混合路径19的长度L2可关于通道14的面积确定，如下：
长度(L2)=流率×保持时间/面积
参照图2，在混合路径19中，通道14的面积保持恒定并且由以下确定：
面积=直径K－直径C；
面积=π×r2
记住流动性直径K取决于饮料流率和碳酸化管道1的长度为有效的。
仍然关于图2，可看出的是，碳酸化管道1还包括邻近于混合路径19的减速路径17。减速路径17与混合路径19之间的边界部分由接合轴线18限定。
从接合轴线18开始，并且沿着减速路径17，通道14的面积逐渐地增大。该增大的目的在于实现碳酸化管道1中流动的饮料的渐进减速。
瞬间减速将增大可溶于饮料中的气体的动能，从而导致突然的气体排放。压缩结构13和管状结构12的结构构造建立了发散角D，其设想9°的最大值。4.5°的最小值将被接受，因此可使用该范围内的任何角度。
图8表示本发明中提出的碳酸化管道1的气体入口部分9的透视截面视图。可看出的是，气体入口部分9设置成邻近于通道14，具体而言，设置在包括通道14的最小面积的碳酸化管道1的区域中。
参照气体入口部分9，部分9中的气体流率应当允许系统所要求的气体流率。特别是关于碳酸化管道1，管道1中的压力下降应当不影响气体流率。
作为示例，考虑气体入口部分9处的气体压力为0.7MPa(7巴)，最大可容许的压力下降应当为“突起的压力”的1.5％左右，因此最大可容许的压力下降为0.01MPa(0.1巴)。
知道最大可容许的压力下降，最小气体入口部分面积可参照以下要素确定：
碳酸化管道1和碳酸化系统的最大饮料流率：QMAX。
饮料中的气体的最大体积：VCO2MAX。其表示应当在饮料中稀释的气体的最大体积以及碳酸化饮料体积与在大气压下溶解的气体体积之间的关系。对于按3个体积CO2的100cm3的瓶子而言，300cm3的CO2应当在大气压下溶解。
最大气体流率：QGMAX。其表示最大气体消耗率，取决于应当根据最大饮料流率QMAX溶解在饮料中的最大气体体积，换句话说，QGMAX = VCO2MAX * QMAX。
碳酸化管道1的最大压力：PMAX。为了增大溶解在饮料中的气体的量，必须增大气体入口部分9中的气体压力，因为在压力增大时，在入口部分9中流动的气体体积也增大。
气体入口部分9的内直径可使用Darcy-Weisbach表达式来实现：
；其中：
l：管道长度(m)；d：管道内直径；v：空气速度；Δp：压力下降；μ：摩擦系数，以及ρ：密度(kg/m3)。
在“突起的压力”为0.7MPa(7巴)时，Δp的值为0.01 MPa (0.1巴)(7巴的1.5％)。VCO2MAX可建立为6(碳酸化饮料体积与在大气压下溶解的气体体积之间的关系)。
考虑101.6mm(4英寸)管道，确定了碳酸化管道1的最大饮料流率(QMAX)，通过执行实验，达到0.75m3/min的QMAX。因此，实现4.5m3/min的最大气体流率(QGMAX)。此外，使用0.3米的长度(将罐21连接于管道1的管，在图1中用附图标记39指示)。
通过Darcy-Weisbach表达式，实现14.2 mm的最小直径，因此确定了158.28 mm2的面积。
知道面积，气体入口部分9的高度可如下确定：
高度=面积/周长，其中：
面积= 158.28 mm2，并且周长=直径K *π。因此，气体入口部分9的高度等于0.57mm。
气体入口部分9的高度为压缩结构13与倒圆锥形突起10至压缩结构13的最近点(管道1中的CO2以环形方式进入)之间的尺寸。
描述了用于碳酸化管道1的优选实施例，将描述增大饮料中的气体溶解性并且减少气体损失的碳酸化过程的步骤。
为了本发明中提出的碳酸化过程的更好理解，图9将用作参照。在此类图中，主要构件为如之前描述的碳酸化管道1、碳酸化罐21、蒸发器30，以及多个阀31,32,33,34,35和37，它们的操作将依次更好地描述。
此外，提出的碳酸化过程将涉及两个主要用语(补偿压力PC和碳酸化罐压力PR)。
补偿压力PC为用于实现饮料中期望的气体体积的期望压力。此类补偿压力PC由负责执行碳酸化过程的用户确定。
碳酸化罐压力PR为碳酸化罐21中测量的实际压力。
基本上，关于其提出的碳酸化过程通过仅控制调节阀31的操作(开启的百分比)(因此控制进入碳酸化管道1中的CO2流率)并且通过控制进入碳酸化罐21的CO2流率，补偿碳酸化罐压力PR变化和补偿压力PC变化。
因此，在提出的过程中，并且与现有技术的教导不同，没有CO2排出至大气。
此外，在提出的过程中，并且由于对进入碳酸化管道1和碳酸化罐21中的CO2流率的控制，过程旨在总是使补偿压力PC的值与碳酸化罐压力PR的值相等(使相等)。
关于补偿压力PC，可在过程期间影响其的唯一因素为饮料温度。
由于温度变化的补偿
饮料温度应当在其进入碳酸化系统中之前控制。如可从图9看出，使用蒸发器30来管理饮料温度。
碳酸化管道1的入口中的优选的饮料温度为4℃。该值在碳酸化过程中提供了更高的效率。
然而，如果出于任何原因，饮料温度在进入碳酸化管道1之前改变(升高或降低)，则提出的过程自动地补偿此类变化，如将在下面描述的那样。
考虑其中饮料温度为4℃并且碳酸化过程正常地执行的情况，其中补偿压力PC的值等于碳酸化罐压力PR的值。
如果饮料温度在碳酸化过程期间增大，则此类增大也将增大补偿压力PC的值，但是碳酸化罐压力PR的值将不受影响。因此，在该情况下，PC将会大于PR。
因此，为了补偿此类变化，提出的过程将CO2自动地添加在碳酸化罐21中，直到两个压力相等，换句话说，CO2控制阀32被开启并且碳酸化罐压力PR将等于补偿压力PC。CO2控制阀将根据饮料温度的增量而成比例地开启。
重要的是提到，在最佳情况下(即，在碳酸化罐压力PR与补偿压力PC相等(PR = PC= 4kg/cm2)时)，CO2控制阀应当闭合。通过将CO2添加在罐21中，碳酸化罐压力PR的值将增大并且因此与补偿压力PC的值相等(等于)。
如果出于任何原因，饮料温度降低，则此类降低也将降低补偿压力PC的值，但是碳酸化罐压力PR将不受影响。
为了补偿此类变化，添加在碳酸化管道1中的CO2流率应当减小，因此，调节阀31应当闭合(开启百分比减少)。
下表示出了针对考虑饮料温度降低并且因此补偿压力PC的值降低的调节阀开启百分比的优选值。
随着调节阀31开启百分比的减少，罐中的压力PR将与补偿压力PC相等，从而将过程设定在期望的情况。
碳酸化管道1入口部分(饮料入口部分5)中的饮料流率应当为恒定(稳定)的，因为碳酸化管道1的结构构造根据期望的饮料装瓶来确定尺寸，并且碳酸化管道1的直径保持恒定(直径C)。
如果饮料流率的小变化在饮料入口部分5中发生，则碳酸化管道1中的真空度将成比例地减小或增大。真空度的此类变化允许饮料和气体的混和的小补偿，因为CO2流率将在碳酸化管道1中增大或减小。
如果饮料流率显著地减小，则碳酸化管道1中的饮料将在其流过倒圆锥形突起10时不实现湍流。此外，关于不期望的饮料流率，在气体入口部分9中将不存在真空，并且因此碳酸化过程将在其应当发生时不发生。
为了开始过程，在补偿压力PC的值设定之后，必须将期望量的CO2添加在碳酸化罐21中，为此，CO2控制阀32应当开启，并且接着饮料应当添加在罐21中。
如之前提及，在提出的过程中，补偿压力PC应当总是等于罐21中测量的压力(碳酸化罐压力PR)。
重要的是提到，罐21中的压力(碳酸化罐压力PR)优选在罐21的上部部分处测量，在图9中用附图标记33指示。压力PR可在设置在图9中公开的系统附近的控制面板38中示出。在测量舱的压力的现有技术中已知的任何方法可被使用。
为了将饮料添加在罐21中，饮料控制阀34应当开启。在饮料穿过蒸发器30时，其温度降低并且达到4℃(优选的温度)。
在饮料控制阀34被开启时，文丘里阀35和调节阀31应当保持开启80％，以控制碳酸化管道1中的气体流率。此外，在饮料进入碳酸化罐21时，其使CO2由碳酸化管道1溶解。
为了确保仅CO2将添加在碳酸化罐21中，文丘里阀35放置在罐21的高度的90％处。如果此类阀35放置在该水平以上(或者甚至在罐21外部)，则将存在使空气添加在碳酸化罐1中的可能性，因为空气比CO2轻(其设置在碳酸化罐21的上部部分中)。
由于碳酸化罐压力PR变化的补偿
饮料进入罐21中因此增大了碳酸化罐压力PR，使其大于补偿压力PC。
为了避免此类增大影响管道1中的CO2流率，并且还使罐中的压力PR与补偿压力PC相等，调节阀31遵循与不同压力下的CO2振荡有关的表达式而逐渐地闭合。
下表表示针对考虑4kg/cm2的补偿压力的碳酸化罐压力PR和调节阀31的对应优选的开启百分比的优选值(示例性值)。
如可看出，并且如已经提及，在罐中的实际压力(PR)增大时，调节阀31的开启百分比减小(阀被闭合)：
通过闭合调节阀31，碳酸化罐压力PR将与补偿压力PC相等。
在过程使CO2溶解在饮料中时，碳酸化罐压力PR可开始降低，而补偿压力PC将不受影响。
为了补偿此类压力下降，CO2控制阀32可被开启，以避免罐21达到其最小可允许的压力并且还管理管道1中的CO2流率。换句话说，添加在罐21中的CO2流率应当增大。
如已经提及，在补偿压力PC与碳酸化罐压力PR相等时，CO2控制阀32应当闭合。因此，如果罐内部的压力PR降低，则CO2控制阀32将根据罐压力PR的降低成比例地开启。
CO2在罐21中的添加将增大碳酸化罐压力PR，并且因此使压力PR与补偿压力PC相等。在两个压力相等时，CO2控制阀32将再次闭合。
如果碳酸化罐压力PR的值的任何突然的压力下降发生，或者如果压力PR达到比补偿压力PC的值低10％的值(在这种情况下为3.6Kg/cm2)，则过程还可增大调节阀31的开启百分比，以便使其与补偿压力PC更快地相等。
对于小于3.6 Kg/cm2的值而言(对于大于10％的压力下降而言)，碳酸化过程应当立刻中断。在这个意义上，在碳酸化罐中的压力PR显著或突然地下降时，调节阀31用作CO2控制阀的支持。
因此，在最佳条件下(即，在补偿压力PC与碳酸化罐内部的压力PR相等时)，调节阀31保持开启80％并且CO2控制阀32保持闭合。如之前提及，如果碳酸化罐压力PR达到小于补偿压力PC值的值，则CO2控制阀将正好被开启。
碳酸化罐21中的饮料水平应当总是停留在罐21高度(罐21的体积)的50％至90％之间。在饮料水平低于50％时，饮料控制阀34应当开启，并且碳酸化过程开始。在碳酸化罐21的水平达到90％(其中文丘里阀35设置的点)时，饮料控制阀34闭合并且饮料输入被中断。
在将饮料送至装瓶之前，CO2和白利(溶于饮料中的糖)水平需要检查。如果它们在预测的标准内，则排放阀36开启。
检测白利水平的方式不为本发明的主要方面，其可例如由折射来完成。
此外，如果溶液中的CO2体积不符合标准参数，则其将必须使饮料再循环。通过再循环，意味着饮料应当通过开启排放阀36从罐21排放，并且接着通过开启再循环阀37和喷洒球40而重新引入罐21中。
在饮料由喷洒球40重新引入罐21中时，饮料重新碳酸化为可能的，或者从饮料移除CO2也为可能的。
换句话说，通过管理喷洒球40的开启百分比来增大或减小混和饮料(溶液)中的CO2水平(体积)为可能的。
如果期望的是，减小饮料中的CO2体积，则必须减小补偿压力PC的值。另一方面，如果期望的是，将更多的CO2添加在饮料中，则补偿压力PC也应当增大。
喷洒球40为不锈钢球，该不锈钢球具有围绕其表面的小孔口，以将饮料注入在罐21中。如果碳酸化过程不按预期发生，则此类元件(喷洒球40)避免了碳酸化饮料的浪费，因为其可通过使饮料再循环来增大或减小CO2水平。
喷洒球40的控制通过管理设置在装瓶过程的入口中的再循环阀37和装瓶阀(未示出)来完成。
例如，如果CO2体积高于预定水平，则补偿压力PC应当降低，并且碳酸化饮料应当重新引入罐21中，如以上提及的那样。
此外，如果CO2水平低于预定水平，则补偿压力PC应当增大，并且碳酸化饮料应当由喷洒球40重新引入罐中，直到达到期望的CO2水平。
饮料中的CO2水平在饮料被瓶装之后测量。通过摇动瓶装饮料的样品，瓶子内部的压力将增大，压力的此类增大、饮料温度以及溶解在饮料中的气体体积之间的关系将确定饮料中的CO2水平。
再循环时间取决于饮料中的CO2水平和待达到的CO2体积。在再循环期间，必须设定CO2体积，并且根据其，估算再循环时间。根据再循环时间，再循环时间与饮料中的CO2增大体积之间的比可被确定。
如以上已经提及，在饮料再循环期间，可能的是，根据瓶装CO2体积来增大或降低补偿压力PC。如果体积较小，则补偿压力PC增大，否则补偿压力PC降低。
补偿压力PC的变化可使用控制面板38进行。此类面板38的优选代表在图9中表示。面板38与罐21之间的连接不为本发明的主要方面，并且可由已知的许多技术中的任一种来执行。
如描述的那样，关于如本发明中提出的碳酸化管道和碳酸化过程，不存在如下必要性：将CO2排出(放出)至大气以便补偿碳酸化罐21中的压力变化并且还补偿饮料温度变化。
在提出的过程和管道中，CO2仅在有规律的时间段内(例如，每3分钟)排出至大气中，以便移除在罐21的上部部分处捕集的空气。这通过管理安全阀41(图9)完成。
实际上，在备选实施例中，用以将空气从饮料移除的装备可在蒸发器30之前设置，在该情况下，将不存在使CO2排出至大气的必要性。
提出的过程及其对提及的阀的控制优选由人机界面(HMI)自动地控制，因此，碳酸化罐内部的压力PR与补偿压力PC之间的相等几乎立即完成，因此，提出的过程将不感测任何压力变化达很长一段时间。
此类HMI的细节不需要描述，因为其不为本发明的主要方面。能够管理现有技术教导中已知的阀的任何HMI可被使用。在备选实施例中，方法可手动地操作。
最后，本申请中提及的饮料应当理解为具有等于或低于0.08Pa.s(80cPs)的粘度的任何材料。
描述了优选实施例，人们应当理解的是，本发明的范围包含仅由所附权利要求(包括可能的等同物)的内容限制的其它可能的变化。

Claims (30)

1.一种用于混和气体和饮料的碳酸化管道(1)，所述碳酸化管道(1)包括：
管状结构(12)，其包绕压缩结构(13)，所述压缩结构(13)沿纵向定位在所述管状结构(12)内部，并且设定用于所述饮料沿着所述碳酸化管道(1)流动的通道(14)，
其中所述压缩结构(13)包括沿着所述碳酸化管道(1)顺序地限定会聚路径(8)、混合路径(19)以及减速路径(17)的外直径(P,C,G )，其中，
在所述会聚路径(8)中，所述碳酸化管道(1)包括用于气体注入所述通道(14)中的气体入口部分(9)，并且
所述管状结构(12)限定了建立碳酸化管道(1)混合直径(F)的倒圆锥形突起(10)。
2.根据权利要求1所述的碳酸化管道(1)，其特征在于，所述管状结构(12)在其大部分长度上包括大于所述碳酸化管道(1)的混合直径(F)的流动性直径(K)。
3.根据权利要求1至权利要求2所述的碳酸化管道(1)，其特征在于，在所述会聚路径(8)中，所述碳酸化管道(1)包括具有所述饮料的流动的偏移角(A)的饮料入口部分(5)，所述偏移角(A)在所述压缩结构(13)中形成，并且从所述压缩结构(13)的内部轴线(X)测量直到建立所述通道(14)的所述压缩结构(13)的表面。
4.根据权利要求1至权利要求3所述的碳酸化管道(1)，其特征在于，所述倒圆锥形突起(10)限定所述饮料的流动的会聚角(B)，所述会聚角(B)从所述压缩结构(13)的内部轴线(X)测量直到建立所述通道(14)的所述倒圆锥形突起(10)的表面。
5.根据权利要求1至权利要求4所述的碳酸化管道(1)，其特征在于，所述倒圆锥形突起(10)包括涡流壁(27)，所述涡流壁(27)构造为凹形表面。
6.根据权利要求1至权利要求5所述的碳酸化管道(1)，其特征在于，所述减速路径(17)限定所述管状结构(12)与所述压缩结构(13)之间的发散角(D)。
7.根据权利要求1至权利要求6所述的碳酸化管道(1)，其特征在于，沿着所述减速路径(17)并且从接合轴线(18)开始，所述通道(14)的面积逐渐地增大。
8.根据权利要求1至权利要求7所述的碳酸化管道(1)，其特征在于，在所述混合路径(19)中，所述通道(14)的面积保持恒定。
9.根据权利要求1至权利要求8所述的碳酸化管道(1)，其特征在于，所述偏移角(A)在5°至10°的范围内。
10.根据权利要求1至权利要求9所述的碳酸化管道(1)，其特征在于，所述会聚角(B)在8°至15°的范围内。
11.根据权利要求1至权利要求10所述的碳酸化管道(1)，其特征在于，所述混合路径直径(C)与所述混合直径(F)之间的比在0.65至0.75的范围内。
12.根据权利要求1至权利要求11所述的碳酸化管道(1)，其特征在于，所述发散角(D)在4.5°至9°的范围内。
13.根据权利要求1至权利要求12所述的碳酸化管道(1)，其特征在于，所述会聚路径(8)长度(L1)等于所述管状结构流动性直径(K)。
14.根据权利要求1至权利要求13所述的碳酸化管道(1)，其特征在于，所述气体入口部分(9)在包括所述通道(14)的最小面积的所述碳酸化管道(1)的区域中设置成邻近于所述通道(14)。
15.根据权利要求1至权利要求14所述的碳酸化管道(1)，其特征在于，所述涡流壁(27)构造成在所述混合路径(19)中生成所述气体与所述饮料之间的湍流。
16.根据权利要求1至权利要求15所述的碳酸化管道(1)，其特征在于，所述涡流壁深度(H)为0.5mm至2.0mm，并且所述涡流壁半径(R1)在2.0mm至7.0mm之间。
17.根据权利要求1至权利要求16所述的碳酸化管道(1)，其特征在于，所述最大直径(P)为所述流动性直径(K)的值的0.85倍。
18.一种用于借助于如前述权利要求1至权利要求17所述的碳酸化管道(1)来混和气体和饮料的碳酸化过程，所述碳酸化管道(1)与碳酸化罐(21)相关联，所述碳酸化罐(21)借助于CO2控制阀(32)从气体供应接收气体流率，并且所述碳酸化管道(1)借助于调节阀(31)从所述碳酸化罐(21)接收气体流率，在所述碳酸化管道(1)中，所述气体与所述饮料混和而建立溶液，并且借助于倒圆锥形突起(10)的涡流壁(7)，所述溶液接着添加在所述碳酸化罐(21)中，所述过程包括以下步骤：
由所述过程的用户限定所述碳酸化过程的补偿压力(PC)，所述补偿压力(PC)指示应当在所述饮料中混和的气体体积，
测量碳酸化罐压力(PR)，所述碳酸化罐压力(PR)指示在所述碳酸化罐(1)内部测量的压力。
19.根据权利要求18所述的碳酸化过程，其特征在于，所述碳酸化过程还包括以下步骤：
通过管理在所述碳酸化罐(21)中添加的气体的流率并且通过管理在所述碳酸化管道(1)中添加的气体的流率来使所述补偿压力(PC)的值与所述碳酸化罐压力(PR)的值相等。
20.根据权利要求18至权利要求19所述的碳酸化过程，其特征在于，使所述补偿压力(PC)的值与所述碳酸化罐压力(PR)的值相等的步骤，通过如果测量的碳酸化罐压力(PR)的值大于所述补偿压力(PC)的值则借助于减少所述调节阀(31)的开启百分比来降低在所述碳酸化管道(1)中添加的气体的流率而完成。
21.根据权利要求18至权利要求20所述的碳酸化过程，其特征在于，使所述补偿压力(PC)的值与所述碳酸化罐压力(PR)的值相等的步骤，通过如果测量的碳酸化罐压力(PR)的值小于所述补偿压力(PC)的值则借助于增大所述CO2控制阀(32)的开启百分比来将气体添加在所述碳酸化罐(21)中而完成。
22.根据权利要求18至权利要求21所述的碳酸化过程，其特征在于，所述碳酸化过程还包括以下步骤：在所述补偿压力(PC)的值与所述碳酸化罐压力(PR)的值相等时，使所述调节阀以80％处于其开启百分比，并且使所述CO2控制阀(32)闭合，此类开启百分比为所述CO2控制阀(32)和所述调节阀(32)设定了最佳工作条件。
23.根据权利要求18至权利要求22所述的碳酸化过程，其特征在于，所述碳酸化过程还包括以下步骤：
在测量的碳酸化罐压力(PR)的值变得小于所述补偿压力PC的值时，使所述CO2控制阀(32)的开启百分比从其最佳工作条件逐渐地增大。
24.根据权利要求18至权利要求23所述的碳酸化过程，其特征在于，所述碳酸化过程还包括以下步骤：
在测量的碳酸化罐压力(PR)的值变得大于所述补偿压力(PC)的值时，逐渐地减少所述调节阀(31)的开启百分比。
25.根据权利要求18至权利要求24所述的碳酸化过程，其特征在于，所述碳酸化过程还包括以下步骤：
在所述溶液添加在所述碳酸化罐(21)中之前，使所述溶液流过碳酸化管道(1)的通道(14)，所述通道(14)建立了混合路径(19)和减速路径(17)，其中在所述混合路径(19)中，所述通道(14)的面积保持恒定，并且在所述减速路径(17)中，所述通道(14)的面积从接合轴线(18)开始逐渐地增大。
26.根据权利要求18至权利要求25所述的碳酸化过程，其特征在于，所述碳酸化过程还包括以下步骤：
在气体入口部分(9)中增加所述碳酸化管道(1)中的气体的流率，所述气体入口部分在包括所述通道(14)的最小面积的所述碳酸化管道(1)的区域中设置成邻近于所述通道(14)。
27.根据权利要求18至权利要求26所述的碳酸化过程，其特征在于，所述碳酸化过程还包括以下步骤：
借助于喷洒球(40)将所述溶液重新引入所述碳酸化罐(21)中，以增大或减小所述饮料中的气体体积。
28.根据权利要求18至权利要求27所述的碳酸化过程，其特征在于，所述碳酸化过程还包括以下步骤：
将文丘里阀(35)设置在定位在所述碳酸化罐(21)高度的90％处的点中，所述文丘里阀(35)设置在所述调节阀(31)与所述碳酸化罐(21)之间。
29.根据权利要求18至权利要求28所述的碳酸化过程，其特征在于，所述溶液借助于控制阀(34)添加在所述碳酸化罐(21)中，所述过程还包括以下步骤：如果所述碳酸化罐(21)的水平达到其中设置所述文丘里阀(35)的点，则借助于闭合所述控制阀(34)来中断所述溶液在所述碳酸化罐(21)中的添加。
30.根据权利要求18至权利要求29所述的碳酸化过程，其特征在于，所述碳酸化过程还包括以下步骤：
在所述碳酸化管道(1)的混合路径(19)中且借助于所述涡流壁(27)的凹形表面而生成所述气体与所述饮料之间的湍流。
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