CN108777949A

CN108777949A - 二氧化碳发生器

Info

Publication number: CN108777949A
Application number: CN201780003479.6A
Authority: CN
Inventors: 金步擎
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2018-11-09
Also published as: EP3541176A1; KR101960023B1; US20190126226A1; KR20180072513A; EP3541176B1; EP3541176A4; JP2019519456A; JP6777765B2

Abstract

提供了集成型二氧化碳发生器，包括：上部容器，其容纳酸或其水溶液并且包括排出二氧化碳气体的出口管；下部容器，其位于所述上部容器下方并且容纳含有碱基的碳酸的盐或其水溶液；滴孔区域，其形成于所述上部容器的底表面，以使所述酸或其水溶液通过重力从所述上部容器供应至所述下部容器；速度控制阀，其是可在外部操作的并且被配置为打开和关闭所述滴孔区域；以及压力平衡和气体通道管，其被配置为形成将所述下部容器中产生的二氧化碳转移至所述上部容器的路径。

Description

二氧化碳发生器

技术领域

一个或多个实施方案涉及二氧化碳发生器，其使用酸与含有碱基的碳酸的盐之间的中和反应产生二氧化碳。

背景技术

二氧化碳(CO₂)被用于多种目的，例如，作为用于化学产品或食品添加剂、用于碳酸饮料制造、酒类制造和气囊的原材料，或者作为用于植物(包括水生植物)的光合作用的营养素。

产生二氧化碳的已知方法的实例包括燃烧、发酵以及碳酸盐与酸之间的中和反应。使用发酵反应和中和反应的装置最广泛应用于现实生活中作为简单的紧凑装置，例如水族设备和用于蚊虫控制的引诱剂发生器。

首先，通过发酵反应产生二氧化碳(CO₂)的装置主要将酵母与葡萄糖(或糖类)一起孵育以产生CO₂。然而，由于发酵反应的特性，需要初始驱动时间，并且难以停止生产或难以控制生产率。此外，存在作为副产物的乙醇可能在二氧化碳气体中受到污染的可能性。在较低温度时，例如在冬季时，生产率可能显著低。

其次，通过中和反应产生和供应二氧化碳(CO₂)的装置主要使用其中将柠檬酸溶液和碳酸氢钠分别投入瓶A和瓶B并且平行布置的方法。详细地，使用小塑料软管将瓶A和瓶B彼此连接，并且将力施加于瓶A，以便将瓶A的溶液转移进入瓶B，由此进行初始驱动。然后，在瓶B中，立即发生中和反应以产生二氧化碳(CO₂)，并且所产生的二氧化碳(CO₂)通过安装在瓶B中的另一软管被自然排出。此外，排出的二氧化碳气体持续抽吸瓶A的溶液，以便持续产生和供应二氧化碳。

以上装置不需要初始驱动时间(初始驱动时间在发酵设备中是个问题)，几乎不受温度影响，并且能够产生高纯度的二氧化碳。然而，该装置的安装和初始操作可能是困难的。难以控制二氧化碳的生产率，并且瓶B内的压力可能由于瓶B中产生过量二氧化碳而过度增加。瓶B内部压力的过度增加可能引起装置爆炸。这对于这些类型的发生器是非常大的问题。

因此，为了解决诸如难以根据相应领域中的常规技术控制化学二氧化碳发生器和生物二氧化碳发生器中产生的二氧化碳(CO₂)的生产率的问题，以及关于温度变化、安装困难和压力过度增加的问题，对新的技术或设备的开发存在需求。

发明公开内容

问题解决方案

一个或多个实施方案包括通过酸与含有碱基的碳酸的盐之间的中和反应产生二氧化碳(CO₂)的二氧化碳发生器，其中所述二氧化碳发生器能够控制二氧化碳的生产率或停止二氧化碳的产生。

一个或多个实施方案包括能够防止压力过度增加的二氧化碳发生器。

一个或多个实施方案包括易于使用的二氧化碳发生器。

一个或多个实施方案包括可以通过再填充原材料而重复使用的二氧化碳发生器。

本发明的目的不局限于以上提及的目的，并且本领域技术人员可以从以下描述清楚地理解未提及的其它目的。

附图简述

通过以下结合附图对实施方案的描述，这些和/或其它方面将变得显而易见并且更易于理解，其中：

图1为例示根据本发明的实施方案的集成型二氧化碳发生器的透视图；

图2为图1的集成型二氧化碳发生器的正视图；

图3为图1的集成型二氧化碳发生器的平面图；

图4为图1的集成型二氧化碳发生器的剖视图；以及

图5和图6为示出集成型二氧化碳发生器的分解状态的视图。

实施发明的最佳方式

根据一个或多个实施方案，集成型二氧化碳发生器包括上部容器，其容纳酸或其水溶液并且包括排出二氧化碳气体的出口管；下部容器，其位于上部容器下方并且容纳含有碱基的碳酸的盐或其水溶液；滴孔区域，其形成于上部容器的底表面，以使酸或其水溶液通过重力从上部容器供应至下部容器；速度控制阀，其是可在外部操作的并且被配置为打开和关闭滴孔区域；以及压力平衡和气体通道管，其被配置为形成将下部容器中产生的二氧化碳转移至上部容器的路径。

此外，集成型二氧化碳发生器包括上部入口部件，其形成于上部容器的上部部分并且被配置为可打开的并且将酸或其水溶液输入上部容器。

此外，防止气体泄漏的密封材料介于上部部分与上部入口部件之间。

此外，出口管形成于上部入口部件中。

此外，速度控制阀包括头部部分、从头部部分向上部容器的底部延伸的主体以及打开或关闭滴孔区域的下端尖端，并且通过操作速度控制阀来调节酸或其水溶液输入下部容器的速度或者停止所述酸或其水溶液的输入。

此外，通孔的外螺纹沿其移动的螺纹槽形成于速度控制阀的头部部分的内部部分，其中通孔在上部容器的上部部分中向上凸出。

此外，防止气体泄漏的密封材料介于主体与上部容器的上部部分之间。

此外，在垂直方向上的压力平衡和气体通道管的底表面的一端形成于下部容器的上部区域中，使得仅二氧化碳和气体能够移动通过压力平衡和气体通道管，并且压力平衡和气体通道管的上表面的另一端位于上部容器的上部区域中，以便形成垂直型通道，其中上部容器与下部容器彼此连接。

此外，上部容器和下部容器可分离地联接。

此外，当上部容器与下部容器分离时，下部容器的上部部分被打开。

发明方式

现在将详细地参考实施方案，其实例示出在附图中，其中在全文中相同的参考数字表示相同的元件。在这点上，本实施方案可以具有不同的形式并且不应解释为局限于本文陈述的描述。因此，通过参考附图，以下仅描述实施方案以解释本描述的各方面。如本文所用，术语“和/或”包括相关的所列出项中的一个或多个的任一和所有组合。

在本发明的描述中，将省略可能不必要地使本发明的主题不清楚的对已知技术的详细描述。

根据本发明的实施方案的集成型二氧化碳发生器100可以提供为可相互拆卸的模块或单一系统，并且提供为以简单、安全和有效的方式产生二氧化碳(CO₂)，其对于观赏性水生植物的紧凑水池或包括水生植物的水池是重要的。

图1为例示根据本发明的实施方案的集成型二氧化碳发生器100的透视图。图2为图1的集成型二氧化碳发生器100的正视图。图3为图1的集成型二氧化碳发生器100的平面图。图4为图1的集成型二氧化碳发生器100的剖视图。图5和图6为示出集成型二氧化碳发生器100的分解状态的视图。

参考图1至图6，集成型二氧化碳发生器100包括上部容器100a和下部容器100b。上部容器100a和下部容器100b通过滴孔区域152彼此相通地连接。在上部容器100a中，形成了上部入口部件110、速度控制部件120、二氧化碳出口管130、压力平衡和气体通道管150以及开关部件160，并且在下部容器100b中，形成了支架170。上部容器100a包含酸或其水溶液。下部容器100b包含含有碱基的碳酸的盐或其水溶液。

上部入口部件110可打开地形成于上部容器100a的上部部分140上，以便将酸或其水溶液注入上部容器100a。上部入口部件110可以实施为瓶盖。例如，上部入口部件110可以为在上部部分140上形成的旋转且可打开的盖子形式。防止气体泄漏的密封材料p2可以介于上部部分140与上部入口部件110之间。密封材料p2可以为例如密封橡胶。

速度控制阀120打开或关闭滴孔区域152。速度控制阀120可以调节打开滴孔区域152的程度。速度控制阀120可以在外部操作。速度控制阀120可以例如为针阀形式。例如，速度控制阀120可以实施为装配单元，并且可以包括头部部件121和从头部部件121延伸的主体部件122。速度控制阀120用于调节被注射通过上部入口部件110并且位于上部容器100a内的溶液排出至下部容器100b的速度，或者用于停止溶液的流动。速度控制阀120可以为例如针状，并且其头部部件121可以是圆柱形的。在通孔中可以提供外螺纹141，所述通孔在上部容器100a的上部部分140中向上凸出。此外，与外螺纹141紧密配合的螺纹槽121a形成于速度控制阀120的头部部分的内部部分，以使得速度控制阀120升高和降低。防止气体泄漏的密封材料p1可以介于主体部件122与上部容器100a的上部部分140之间。密封材料p1可以为例如密封橡胶。

同时，在速度控制阀120的头部部件121下方形成的主体部件122的下端尖端122e可以从上部容器100a的底表面凸出，由此执行打开或关闭朝向下部容器100b的滴孔区域152的功能。

因此，通过在外部操作速度控制阀120以使其旋转，可以升高或降低速度控制阀120，并且可以打开或关闭滴孔区域152，可以调节打开滴孔区域152的程度。

在此，上部入口部件110和二氧化碳出口管130形成为偏心于在上部部分140中心形成的速度控制阀120。尽管二氧化碳出口管130被例示为通过上部入口部件110，但是二氧化碳出口管130还可以形成为通过上部容器100a的上表面，独立于上部入口部件110，或者可以作为额外的盖包括在内。

压力平衡和气体通道管150是下部容器100b中产生的二氧化碳(CO₂)通向上部容器100a的路径，并且对应于上部容器100a和下部容器100b的压力平衡路径，并且在垂直方向上其的一端形成于下部容器100b的上部区域中，并且其另一端形成于上部容器100a的上部区域中，由此形成垂直型通道形状，其中上部容器100a和下部容器100b彼此连接。

如图1至图6所示，压力平衡和气体通道管150可以形成于额外的基体151上，或者可以可选地与上部容器100a的底表面集成地形成，所述额外的基体151与上部容器100a或下部容器100b分离。

此外，压力平衡和气体通道管150可以如附图所示布置在与上部容器100a的底表面上的速度控制阀120的主体部件122的下端尖端122e位置相邻的中心处，或者根据另一实施方案可以位于边缘。

此外，可以通过将额外的基体151精确插入上部容器100a的下部部分或使用各种粘合和焊接方法防止上部部分中的酸或其水溶液不希望地泄露至下部容器100b。

开关部件160可分离地联接上部容器100a和下部容器100b。开关部件160可以通过接合结构来实施。开关部件160提供打开下部容器100b的上部部分的功能，以便将原材料输入下部容器100b。例如，开关部件160可以为螺纹161的形式，其形成于上部容器100a的外部下端部分上并且与下部容器100b的内部上部部分中形成的对称螺纹101接合。根据这种配置，上部容器100a可以通过使上部容器100a以一个方向旋转而与下部容器100b分离。在此，原材料，例如含有碱基的碳酸的盐，可以经由下部容器100b的打开的上部部分被输入至下部容器100b。然后，通过使上部容器100a以相反方向旋转，上部容器100a可以与下部容器100b联接。可以在开关部件160中提供防止气体泄漏的密封材料p3。密封材料p3可以介于例如上部容器100a与下部容器100b之间。密封材料100b可以为例如密封橡胶。

支架170为下部容器100b的板状底表面，并且为在下部部分添加的元件，以便防止集成型二氧化碳发生器100坠落。

以下将描述使用具有以上所述元件的集成型二氧化碳发生器100执行的产生二氧化碳的功能。

在将酸或其水容器输入上部容器100a并且将含有碱基的碳酸的盐或其水溶液输入下部容器100b之后，通过使用针阀类型的速度控制阀120打开上部容器100a的底表面，例如在基体151中形成的滴孔区域152。例如，可以通过使速度控制阀120以向上的方向旋转来打开滴孔区域152。可以基于速度控制阀120的旋转程度来调节打开滴孔区域152的程度。通过重力，上部容器100a中的酸或其水溶液通过流经滴孔区域152自然落入下部容器100b。由于酸或其水溶液与含有碱基的碳酸的盐或其水溶液之间的中和反应在下部容器100b中发生，因此产生二氧化碳(CO₂)气体。二氧化碳气体通过形成于压力平衡和气体通道管150中的通道管以移动进入上部容器100a，并且通过二氧化碳出口管130排出至外部。通过压力平衡和气体通道管150在上部容器100a与下部容器100b之间产生压力平衡，并且由于上部容器100a通过二氧化碳出口管130与外部相通地连接，因此可以防止下部容器100b中的压力过度增加。因此，可以防止由于压力过度增加导致的爆炸。酸或其水溶液可以通过重力自然地从上部容器100a供应至下部容器100b。通过速度控制阀120调节打开滴孔区域152的程度，可以调节待滴入下部容器100b的酸或其水溶液的量，或者可以停止其输入，由此调节待产生的二氧化碳的量。因此，可以防止由于压力过度增加导致的爆炸。

根据本实施方案的集成型二氧化碳发生器100基于与通过酸与含有碱基的碳酸的盐之间的中和反应产生二氧化碳的典型的化学二氧化碳设备相同的化学原理进行操作。

然而，与典型设备不同，根据本实施方案的集成型二氧化碳发生器100被简单构造成单一集成型，其中上部容器100a和下部容器100b彼此可分离地联接，并且在存在调节中和反应的速度或停止中和反应的可能性方面是有利的。

如以上所述，尽管被构造为单一集成型，根据本实施方案的集成型二氧化碳发生器100可以基于重力以及通过使用压力平衡和气体通道管150的气动原理安全且简单地进行操作。

即，在将酸或其水溶液输入上部容器100a以及将含有碱基的碳酸的盐或其水溶液输入下部容器100b之后，然后通过拧紧开关部件160使上部容器100a与下部容器100b联接，上部容器100a和下部容器100b中的气动压力通过压力平衡和气体通道管150达到平衡，所述压力平衡和气体通道管150为在与上部容器100a的底表面正交的向上方向上从上部容器100a的底表面通向与上部容器100a的上表面接近的位置的通道。

因此，当通过速度控制阀120打开滴孔区域152时，通过重力自然地，上部容器100a中的酸或其水溶液可以以恒定速度落入下部容器100b。此外，由于可以从外部精密调节以打开或关闭形成于上部容器100a的上部部分140的中心部分的具有凸出形状的速度控制阀120，因而用户可以容易地将流量调节至所期望的量，由此以期望的滴落速度产生二氧化碳(CO₂)。

因此，用户可以通过使用集成型二氧化碳发生器100立即产生期望量的二氧化碳(CO₂)或停止二氧化碳的产生，所述集成型二氧化碳发生器100是简单的单一装置。

此外，根据本实施方案的集成型二氧化碳发生器100，上部容器100a和下部容器100b可以经由开关部件160彼此可分离地联接。因此，当由于所提供量的酸和含有碱基的碳酸的盐耗尽而停止二氧化碳(CO₂)的产生时，可以通过用新的上部容器100a和/或下部容器100b替代上部容器100a和/或下部容器100b，或者在上部容器100a和/或下部容器100b中再填充酸和/或含有碱基的碳酸的盐，重复使用集成型二氧化碳发生器100。

此外，待输入上部容器100a的酸的实例可以是硫酸、盐酸、溴酸、乙酸、柠檬酸或这些酸中至少两种的混合物。例如，公众可易于得到且作为固体可安全分配并且为弱酸的柠檬酸可以是适合的。碳酸的盐可以是碳酸盐或碳酸氢盐。待输入下部容器100b的含有碱基的碳酸的盐的实例为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸钙以及这些材料中至少两种的混合物。例如，公众可易于得到、可安全分配并且最便宜的碳酸氢钠(小苏打)可以是优选的。

总之，根据本发明的集成型二氧化碳发生器100是创新的、安全的且新颖的二氧化碳产生系统，因为其能够通过使用易于获得的柠檬酸和碳酸氢钠以低成本、以期望的速度和期望的量产生高纯度二氧化碳(CO₂)。

同时，柠檬酸与小苏打之间的中和反应示出在式1中。

[式1]

由于上部容器100a中的酸或其水溶液被引入至下部容器100b中的含有碱基的碳酸的盐或其水溶液中，上部容器100a的内部容积与下部容器100b的内部容积的比率可以优选为1.0:1.0至3.5。

尽管未在附图中示出，若内部压力超过可允许的值则自主打开的压力释放装置可以安装在上部容器100a的上部部分140中。此外，尽管未在附图中示出，能够检查容器100的内部压力的压力计可以安装例如在上部容器100a的上部部分140中。

在以上所述实施方案中，酸或其水溶液可以容纳在上部容器100a中，并且含有碱基的碳酸的盐或其水溶液容纳在下部容器100b中。或者，含有碱基的碳酸的盐或其水溶液可以容纳在上部容器100a中，并且酸或其水溶液可以容纳在下部容器100b中。

酸和含有碱基的碳酸的盐可以一起容纳在下部容器100b中，并且水可以容纳在上部容器100a中。可以使用速度控制阀120调节将水从上部容器100a供应至下部容器100b的速度，由此控制二氧化碳的产生速度或停止二氧化碳的产生。

在根据本发明的实施方案的集成型二氧化碳发生器中，可以通过自然重力将上部容器中的原材料引入下部容器，并且由于包括速度控制阀，因而可以按期望的速度滴落原材料，或者可以停止滴落，由此在下部部分中以期望的速度产生期望量的二氧化碳(CO₂)，并且还可以停止二氧化碳(CO₂)的产生。

根据本发明的集成型二氧化碳发生器，可以防止压力过度增加。

本发明的集成型二氧化碳发生器易于使用。

根据本发明的集成型二氧化碳发生器，当通过使用酸和含有碱基的碳酸的盐产生二氧化碳(CO₂)由于消耗所提供量的酸和碱而结束时，可以再填充酸和碱以便重复使用集成型二氧化碳发生器。

应理解，本文所述的实施方案应认为仅有描述性意义，而不是为了限制目的。对各个实施方案中的特征或方面的描述应通常被认为可用于其它实施方案中的其它类似特征或方面。

尽管已经参考附图描述了一个或多个实施方案，但本领域普通技术人员理解，在不背离以下权利要求所限定的发明构思的主旨和范围的情况下，可以在其中进行各种形式和细节的变化。

Claims

1.集成型二氧化碳发生器，包括：

上部容器，其容纳酸或其水溶液并且包括排出二氧化碳气体的出口管；

下部容器，其位于所述上部容器下方并且容纳含有碱基的碳酸的盐或其水溶液；

滴孔区域，其形成于所述上部容器的底表面，以使所述酸或其水溶液通过重力从所述上部容器供应至所述下部容器；

速度控制阀，其是可在外部操作的并且被配置为打开和关闭所述滴孔区域；以及

压力平衡和气体通道管，其被配置为形成将所述下部容器中产生的二氧化碳转移至所述上部容器的路径。

2.如权利要求1所述的集成型二氧化碳发生器，还包括上部入口部件，其形成于所述上部容器上并且被配置为可打开的并且将所述酸或其水溶液输入所述上部容器。

3.如权利要求2所述的集成型二氧化碳发生器，其中防止气体泄漏的密封材料介于所述上部容器的上部部分与所述上部入口部件之间。

4.如权利要求2所述的集成型二氧化碳发生器，其中所述出口管形成于所述上部入口部件中。

5.如权利要求1所述的集成型二氧化碳发生器，其中所述速度控制阀包括头部部分、从所述头部部分向所述上部容器的底部延伸的主体以及打开或关闭所述滴孔区域的下端尖端，

其中通过操作所述速度控制阀来调节所述酸或其水溶液输入所述下部容器的速度或者停止所述酸或其水溶液的输入。

6.如权利要求5所述的集成型二氧化碳发生器，其中在通孔中提供外螺纹，所述通孔在所述上部容器的上部部分中向上凸出，以及

其中与所述外螺纹紧密配合的螺纹槽形成于所述速度控制阀的所述头部部分的内部部件中，以使得所述速度控制阀升高和降低。

7.如权利要求6所述的集成型二氧化碳发生器，其中防止气体泄漏的密封材料介于所述主体与所述上部容器的所述上部部分之间。

8.如权利要求1所述的集成型二氧化碳发生器，其中在垂直方向上的所述压力平衡和气体通道管的底表面的一端形成于所述下部容器的上部区域中，使得仅二氧化碳和气体能够移动通过所述压力平衡和气体通道管，并且所述压力平衡和气体通道管的上表面的另一端位于所述上部容器的上部区域中，以便形成垂直型通道，其中所述上部容器与所述下部容器彼此连接。

9.如权利要求1所述的集成型二氧化碳发生器，其中所述上部容器和所述下部容器可分离地联接。

10.如权利要求9所述的集成型二氧化碳发生器，其中当所述上部容器与所述下部容器分离时，所述下部容器的上部部分被打开。

11.如权利要求9所述的集成型二氧化碳发生器，其中防止气体泄漏的密封材料介于所述上部容器与所述下部容器之间。