CN112165991B - 喷嘴、相关的碳酸化系统及其制造和使用方法 - Google Patents

喷嘴、相关的碳酸化系统及其制造和使用方法 Download PDF

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Abstract

本文描述的是喷嘴的示例，该喷嘴可以包括金属端头，所述金属端头具有第一端和第二端。所述金属端头还可以限定从第一端朝向第二端延伸的导管。所述导管可以包括第一部分和第二部分。所述导管的第一部分由金属端头的至少一个第一内表面限定，所述至少一个第一内表面从所述第一端延伸。所述导管的第一部分可以具有基本上恒定的直径及第一长度。所述导管的第二部分由金属端头的至少一个第二内表面限定，所述至少一个第二内表面从第一部分延伸第二长度。所述第二部分可以具有大致随着离第一部分的距离的增加而增加的直径，并且所述第二部分可以具有大致截顶锥形形状，该大致截顶锥形形状具有张角。

Description

喷嘴、相关的碳酸化系统及其制造和使用方法
相关申请的交叉引用
本专利申请是2018年3月22日提交的标题为“喷嘴、相关的碳酸化系统及其制造和使用方法”的美国临时申请第62/646,591号的非临时专利申请，并且要求该美国临时申请的优先权，该美国临时申请的公开内容整体上在此通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及用于将气体引入到液体介质中的喷嘴，更具体地，涉及那些用于饮料机和相关系统的喷嘴。
背景技术
碳酸化系统通过将二氧化碳气体溶解在水中来形成碳酸水。然后可以将碳酸水分配给消费者，或可以将碳酸水与调味剂和其它成分混合以制备碳酸饮料。然而，碳酸化系统，尤其是较小的住宅用碳酸化系统通常效率低下。例如，碳酸化系统通常导致很大一部分二氧化碳不能溶解在水中。这导致碳酸化系统需要大量的二氧化碳并且需要大量的时间来将足够量的二氧化碳溶解在水中。
因此，碳酸化系统的制造商和用户继续寻求新的且改进的碳酸化装置。
发明内容
在一实施例中，公开了一种喷嘴。所述喷嘴包括金属端头，所述金属端头具有第一端和第二端。所述金属端头限定从所述第一端朝向所述第二端延伸的导管。所述导管包括第一部分，所述第一部分由所述金属端头的至少一个第一内表面限定。所述至少一个第一内表面从所述第一端延伸。所述第一部分具有约0.35mm至约0.41mm的基本上恒定的直径和约0.17mm至约0.23mm的长度。所述导管还包括第二部分，所述第二部分由所述金属端头的至少一个第二内表面限定。所述至少一个第二内表面从所述至少一个第一内表面延伸。所述第二部分具有随着离所述第一部分的距离的增加而增加的直径。
在一实施例中，公开了一种被构造成生产碳酸饮料的碳酸化系统。所述系统包括联接器，所述联接器被构造成联接到气体源，并且所述联接器被构造成从所述气体源接收气体。所述系统还包括被构造成容纳水的储水部。所述储水部包括进口和出口。此外，所述系统包括与联接器流体联接的碳酸化装置。另外，碳酸化系统包括喷嘴，所述喷嘴被布置在储水部中并且联接到碳酸化装置。所述喷嘴被构造成将由联接器接收的气体分配到储水部中。所述喷嘴包括金属端头，所述金属端头具有第一端和第二端。所述金属端头限定从所述第一端朝向所述第二端延伸的导管。所述导管包括第一部分，所述第一部分由所述金属端头的至少一个第一内表面限定。所述至少一个第一内表面从所述第一端延伸。所述第一部分具有约0.35mm至约0.41mm的基本上恒定的直径和约0.17mm至约0.23mm的长度。所述导管还包括第二部分，所述第二部分由所述金属端头的至少一个第二内表面限定。所述至少一个第二内表面从所述至少一个第一内表面延伸。所述第二部分具有随着离所述第一部分的距离的增加而增加的直径。
在一实施例中，公开了一种使液体碳酸化的方法。所述方法包括使二氧化碳流过喷嘴的金属端头的导管。所述喷嘴包括金属端头，所述金属端头具有第一端和第二端。所述金属端头限定从所述第一端朝向所述第二端延伸的导管。所述导管包括第一部分，所述第一部分由所述金属端头的至少一个第一内表面限定。所述至少一个第一内表面从所述第一端延伸。所述第一部分具有约0.35mm至约0.41mm的基本上恒定的直径和约0.17mm至约0.23mm的长度。所述导管还包括第二部分，所述第二部分由所述金属端头的至少一个第二内表面限定。所述至少一个第二内表面从所述至少一个第一内表面延伸。所述第二部分具有随着离所述第一部分的距离的增加而增加的直径。所述方法还包括将二氧化碳作为多个气泡从金属端头的第一部分分配到水中。所述方法进一步包括将二氧化碳溶解在水中。
在一实施例中，公开了一种形成喷嘴的方法。所述方法包括将包括多种金属颗粒和粘合剂的原料注入到注射模具中以形成生坯(green part)。所述生坯包括第一端和第二端。所述生坯限定从所述第一端朝向所述第二端延伸的导管。所述导管包括第一部分，所述第一部分由所述生坯的至少一个第一内表面限定。所述至少一个第一内表面从所述第一端延伸。所述导管包括第二部分，所述第二部分由生坯的至少一个第二内表面限定。所述至少一个第二内表面从所述至少一个第一内表面延伸。所述第二部分具有随着离所述第一部分的距离的增加而增加的直径。所述方法还包括从生坯移除粘合剂。所述方法进一步包括烧结所述生坯以形成金属端头，其中，烧结所述生坯包括减小所述生坯的尺寸。在烧结所述生坯以形成金属端头之后，所述第一部分具有约0.35mm至约0.41mm的基本上恒定的直径和约0.17mm至约0.23mm的长度。
来自任何所公开的实施例的特征可以彼此结合使用，而没有限制。另外，通过考虑以下详细描述和附图，本公开的其它特征和优点对于本领域普通技术人员将变得显而易见。
附图说明
附图示出了本公开的几个实施例，其中在附图中示出的不同视图或实施例中，相同的附图标记表示相同或相似的元件或特征。
图1A是根据一实施例的喷嘴的金属端头的示意性截面视图。
图1B是从图1A中的虚线圆1B截取的金属端头的放大的示意性截面视图。
图1C是根据一实施例的喷嘴的示意性截面视图，该喷嘴包括与塑料杆联接的金属端头。
图2是根据一实施例的碳酸化系统的示意图。
图3是根据本公开的各种形态的饮料器具或饮料机的等距视图。
图4是根据一实施例的使用本文所公开的喷嘴和碳酸化系统的方法的流程图。
图5是根据一实施例的使用金属注射成型技术来形成金属端头的方法的示意性截面视图。
在附图中使用交叉影线或阴影通常被提供用以阐明相邻元件之间的界限，并且还有助于图形的可识别性。因此，无论是否存在交叉影线或阴影都不能表达或表明对特定材料，材料性质，元件比例，元件尺寸，相似地示出的元件的共性，或附图中示出的任何元件的任何其它特征、属性或性质的任何偏爱或要求。
另外，应该理解的是，在附图中提供了各种特征和元件(及其集合和分组)的比例和尺寸(相对或绝对)以及它们之间具有的边界、间隔和位置关系，只是为了有助于理解本文描述的各种实施例，因此，不一定按比例具有或示出，并不旨在表明对所示出的实施例的任何偏爱或需求以排除参考其描述的实施例。
具体实施方式
本文所公开的实施例包括：喷嘴，所述喷嘴具有金属端头；碳酸化系统，所述碳酸化系统包括所述喷嘴；使用所述喷嘴的方法；以及形成所述喷嘴的方法。在一示例中，喷嘴可以包括金属端头，该金属端头具有第一端和第二端。该金属端头还可以限定从该第一端朝向该第二端延伸的导管。该导管可以包括第一部分和第二部分。该导管的第一部分由该金属端头的至少一个第一内表面限定。该第一内表面可以从该第一端延伸。该导管的第一部分可以具有基本上恒定的直径(例如，大致圆柱形形状)和第一长度。该导管的第二部分由该金属端头的至少一个第二内表面限定。该第二内部可以从该第一部分延伸第二长度。该第二部分可以具有通常随着离该第一部分的距离的增加而增加的直径。在一实施例中，该第二部分可以具有大致截顶锥形形状，该大致截顶锥形形状具有张角。
包括所述金属端头的喷嘴可以用于碳酸化系统。在一实施例中，所述碳酸化系统可以包括与所述喷嘴流体联接的碳酸化头。碳酸化头还可以流体联接到气体源(例如，压缩的二氧化碳的罐)。所述碳酸化头可以从气体源接收二氧化碳并且允许二氧化碳流过喷嘴。然后可以从喷嘴(例如，从喷嘴的金属端头)分配二氧化碳，从而形成多个二氧化碳气泡。
本文中公开的喷嘴可以提高碳酸化系统的效率，这是因为金属端头被构造成冒出具有相对较小的平均直径的二氧化碳气泡。从金属端头冒出的二氧化碳气泡的相对较小的平均直径增加了二氧化碳气泡的总表面积。二氧化碳气泡在水中的溶解速度直接取决于二氧化碳气泡的总表面积。例如，增加二氧化碳气泡的总表面积会增加二氧化碳气泡在水中溶解的速度，进而提高碳酸化系统的效率。
出乎意料地发现，金属端头的导管的某些尺寸影响二氧化碳气泡的平均直径。会影响二氧化碳气泡的平均大小的金属端头的导管的尺寸是第一部分的基本上恒定的直径、第一部分的第一长度、第二部分的第二长度和/或第二部分的张角(open angle)(统称为“四个尺寸”)。这四个尺寸中的每一个尺寸都具有临界值。出乎意料地发现，当这四个尺寸中的任何一个尺寸具有它们的临界值时，金属端头都可以冒出具有更小平均直径的二氧化碳气泡。还出乎意料地发现，当两个或更多个尺寸，尤其是三个或更多个尺寸，并且尤其是当所有四个尺寸都具有其临界值时，二氧化碳气泡的平均直径显著减小。然而，发现偏离这四个尺寸中的至少一个尺寸，尤其是偏离至少两个尺寸，偏离至少三个尺寸或偏离所有四个尺寸，甚至略微偏离它们的临界值都会显著增加从金属端头冒出的二氧化碳气泡的平均直径。
本文所公开的喷嘴、碳酸化系统和方法可以与多种不同的气体结合使用。例如，本文所公开的喷嘴、碳酸化系统和方法被描述为与二氧化碳结合使用。然而，本文所公开的喷嘴、碳酸化系统和方法可以与氮气、氧气、空气或另外合适的气体结合使用，以代替二氧化碳或与二氧化碳结合使用。
现在将参考附图，这些附图辅助示出本公开的各种特征。给出以下描述用于示出和描述的目的。此外，该描述并非旨在将发明形态限制于本文所公开的形式。因此，与以下教导以及相关领域的技术和知识相应的变化和修改也在本发明方面的范围内。
图1A是根据一实施例的喷嘴100的金属端头102的示意性截面视图。图1B是从图1A中的虚线圆1B截取的金属端头102的放大的示意性截面视图。金属端头102包括第一端104和第二端106。金属端头102包括从第一端104朝向第二端106延伸的导管108。导管108包括多个部分。例如，导管108包括第一部分110和第二部分112。导管108还可以包括一个或多个附加部分，例如第三部分114。金属端头102还可以包括进口116，该进口116从第二部分112延伸到导管108。可以将进口116构造成将金属端头102联接到喷嘴100的另一个部件(例如，图1C中所示的塑料杆142)，或联接到碳酸化系统的另一个部件(例如，图2中所示的碳酸化头254)。
参考图1B，第一部分110由金属端头102的至少一个第一内表面118限定。第一内表面118可以从金属端头102的第一端104朝向金属的第二端106延伸。照此而论，导管108的第一部分110可以形成金属端头102的出口120。例如，导管108的第一部分110可以形成喷嘴100的唯一出口120。在一实施例中，第一部分110以导管108的中心线122为中心。在这样的实施例中，第一内表面118可以围绕中心线122延伸。
第一部分110可以具有第一长度l1。可以从第一端104(例如，从出口120)到第一部分110与第二部分112之间的相交部124来测量第一长度l1。也可以在平行于导管108的中心线122的方向上测量第一长度l1。在一实施例中，第一部分110也可以具有大致圆柱形形状。在这样的实施例中，第一部分110可以具有基本上恒定的直径d。可以在基本上横穿导管108的中心线122的方向上测量基本上恒定的直径d。在一实施例中，第一部分110可以具有非大致圆柱形形状，例如大致超矩形形状(hyperrectangular shape)。然而，与具有非大致圆柱形形状的第一部分110相比，具有大致圆柱形形状的第一部分110可以冒出具有更小平均直径的二氧化碳气泡，这是因为具有大致圆柱形形状的第一部分110可以具有基本上恒定的直径d。
第一部分的第一长度l1和基本上恒定的直径d是导管108的会对从金属端头102冒出的二氧化碳气泡的平均直径产生显著影响的四个尺寸中的两个尺寸。第一长度l1和基本上恒定的直径d中的每一个都具有临界值。与第一长度l1或基本上恒定的直径d不具有其临界值的情况相比，当第一长度l1或基本上恒定的直径d中的至少一个具有其临界值时，金属端头102冒出的二氧化碳气泡显著更小。优选地，第一长度l1和基本上恒定的直径d都具有它们的临界值，这是因为与第一长度l1或基本上恒定的直径d二者中仅一个具有其临界值相比，当多于一个特征具有其临界值时，金属端头102冒出显著更小的二氧化碳气泡。然而，应注意的是，即使使第一长度l1或基本上恒定的直径d偏离其临界值，甚至略微偏离其临界值，也会显著增加二氧化碳气泡的平均大小，从而降低了喷嘴的效率。
关于第一长度l1，发现当第一长度l1为约0.2mm时，金属端头102冒出最小尺寸的二氧化碳气泡。然而，发现第一长度l1的最优值可以取决于流过第一部分110的二氧化碳的压力、第一部分110中是否存在次要缺陷(例如，第一部分110不具有完美的圆柱形形状)等而略微变化。另外，制造问题会导致第一长度l1的意外变化。此外，发现当第一长度l1在0.17mm至约0.23mm之间变化时，二氧化碳气泡的大小没有显著变化。照此而论，第一长度l1的临界值被确定为约0.17mm至约0.23mm。因此，当第一长度l1为约0.17mm至约0.19mm、约0.18mm至约0.2mm、约0.19mm至约0.21mm、约0.2mm至约0.22mm、约0.21mm至约0.23mm、约0.18mm至约0.22mm、约0.19mm至约0.21mm、约17mm、约18mm、约19mm、约20mm、约21mm、约22mm或约23mm时，第一长度l1可以具有其临界值。然而，将第一长度l1选择为小于0.17mm或大于0.23mm会对从金属端头102冒出的二氧化碳气泡的平均直径具有显著影响。
关于基本上恒定的直径d，发现当基本上恒定的直径d为约0.38mm时，金属端头102冒出最小大小的二氧化碳气泡。然而，已经发现，对于基本上恒定的直径d的最优值可以取决于流过第一部分110的二氧化碳的压力、第一部分110中是否存在次要缺陷等而略微变化。另外，制造问题会导致基本上恒定的直径d的意外变化。此外，发现当基本上恒定的直径d在0.35mm至约0.41mm之间变化时，二氧化碳气泡的大小不会显著变化。照此而论，基本上恒定的直径d的临界值被确定为约0.35mm至约0.41mm。因此，当基本恒定的直径d为0.35mm至约0.37mm、约0.36mm至约0.38mm、约0.37mm至约0.39mm、约0.38mm至约0.40mm、约0.39mm至约0.41mm、约0.36mm至约0.40mm、约0.37mm至约0.39mm、约0.36mm、约0.37mm、约0.38mm、约0.39mm、约0.40mm或约0.41mm时，基本恒定的直径d可以具有其临界值。然而，将基本上恒定的直径d选择为小于0.35mm或大于0.41mm会对从金属端头102冒出的二氧化碳气泡的平均大小具有显著影响。
第二部分112由金属端头102的至少一个第二内表面126限定。第二内表面126可以从第一部分110(例如，从第一部分110与第二部分112之间的相交部124)朝向金属端头102的第二端106延伸。在一实施例中，第二部分112以导管108的中心线122为中心。在这样的实施例中，第二内表面126可以围绕中心线122延伸。
第二部分112可以具有第二长度l2。可以从第一部分110与第二部分112之间的相交部124到第二部分112的与第一部分110间隔开的端部来测量第二长度l2。第二部分112的端部可以包括第二部分112与第三部分114之间的相交部128，或第二部分112与进口116(未示出)之间的相交部。也可以在与导管108的中心线122平行的方向上测量第二长度12。
第二部分112与第一部分110的区别在于，第二部分112具有从中心线122垂直测量的、随着离第一端104的距离的增加而变化的尺寸(例如，直径)，而第一部分110具有从中心线122垂直测量的基本上恒定的尺寸。例如，第二部分112具有从中心线122垂直测量的、大体随着离第一端104的距离的增加而锥形化(例如，增加)的尺寸。第二部分112的尺寸可以连续地(例如，平滑地)或不连续地(例如，第二部分112具有阶梯状的几何结构)变化。在一实施例中，第二部分112具有大致截顶锥形形状，具有随着离第一端104的距离的增加而大致连续地增加的直径。在这样的实施例中，第二部分112可以具有在第二内表面126的相对的两个部分之间测量的张角θ。在一实施例中，第二部分112可以具有非大致截顶锥形形状(例如，截顶棱柱形形状)，或大致截顶锥形形状具有随着离第一端104的距离的增加而基本不连续地增加的直径。然而，与具有其它几何结构的第二部分112相比，具有大致锥形形状的第二部分112具有大致连续增加的直径，可以冒出具有更小平均大小的二氧化碳气泡，这是因为具有大致锥形形状的第二部分112可以具有张角θ。
第二部分112的第二长度l2和张角θ是导管108的会对从金属端头102冒出的二氧化碳气泡的平均大小具有显著影响的四个尺寸中的两个。第二长度l2和张角θ中的每一个都具有临界值。与第二长度l2或张角θ不具有其临界值的情况相比，当第二长度l2或张角θ二者中的至少一个具有其临界值时，金属端头102冒出的二氧化碳气泡显著更小。优选地，第二长度l2和张角θ都具有它们的临界值，这是因为与第二长度l2或张角θ二者中仅一个具有其临界值时相比，金属端头102冒出显著更小的二氧化碳气泡。然而，应注意的是，即使使第二长度l2或张角θ偏离其临界值，甚至略微偏离其临界值，也会显著增加二氧化碳气泡的平均大小。
关于第二长度l2，发现当第二长度l2为约1.6mm时，金属端头102冒出最小尺寸的二氧化碳气泡。然而，发现第二长度l2的最优值可以取决于流过第二部分112的二氧化碳的压力、第二部分112中是否存在次要缺陷(例如，第二部分112不具有完美的锥形形状)等而变化。另外，制造问题会导致第二长度l2的意外变化。此外，发现当第二长度l2在1.55mm至约1.65mm之间变化时，二氧化碳气泡的大小没有显著变化。照此而论，第二长度l2的临界值被确定为约1.55mm至约1.65mm。因此，当第二长度l2为约1.55mm至约1.57mm、约1.56mm至约1.58mm、约1.57mm至约1.59mm、约1.58mm至约1.60mm、约1.59mm至约1.61mm、约1.60mm至约1.62mm、约1.61mm至约1.63mm、约1.62mm至约1.64mm、约1.63mm至约1.65mm、约1.55mm至约1.65mm、约1.56mm至约1.64mm、约1.57mm至约1.63mm、约1.58mm至约1.62mm、约1.59mm至约1.61mm、约1.55mm、约1.56mm、约1.57mm、约1.58mm、约1.59mm、约1.60mm、约1.61mm、约1.62mm、约1.63mm、约1.64mm或约1.65mm时，第二长度l2可以具有其临界值。然而，将第二长度l2选择为小于1.55mm或大于1.65mm会对从金属端头102冒出的二氧化碳气泡的平均大小具有显著影响。
关于张角θ，发现当张角θ为约60°时，金属端头102冒出最小尺寸的二氧化碳气泡。然而，已经发现，张角θ的最优值可以取决于流过第二部分112的二氧化碳的压力、第二部分112中是否存在次要缺陷等而变化。另外，制造问题会导致张角θ的意外变化。此外，发现当张角θ在57°至约63°之间变化时，二氧化碳气泡的大小没有显著变化。照此而论，张角θ的临界值被确定为约57°至约63°。因此，当张角θ为约57°至约59°、约58°至约60°、约59°至约61°、约60°至约62°、约61°至约63°、约57°至约63°、约58°至约62°、约59°至约61°、约57°、约58°、约59°、约60°、约61°、约62°或约63°时，张角θ可以具有其临界值。然而，将张角θ选择为小于57°或大于63°会对从金属端头102冒出的二氧化碳气泡的平均大小具有显著影响。
如先前所论述，当四个尺寸中的至少一个具有其临界值时，金属端头102形成具有小直径的二氧化碳气泡。然而，应注意的是，出乎意料地发现，当至少两个尺寸，更优选至少三个尺寸，甚至更优选所有四个尺寸都具有其临界值时，金属端头102形成具有甚至更小的直径的二氧化碳气泡。还应注意，与第二长度l2和张角θ相比，第一长度l1和基本上恒定的直径会对二氧化碳气泡的平均直径具有更大的影响。
如先前所论述，导管108可以包括一个或多个附加部分，所述一个或多个附加部分从第二部分112朝向金属端头102的第二端106延伸。例如，导管108可以包括从第二部分112延伸的第三部分114。第三部分114由金属端头102的至少一个第三内表面130限定。第三内表面130可以从第二部分112朝向金属端头102的第二端106延伸。在一实施例中，第三部分114以导管108的中心线122为中心。第三部分114可以具有从相交部128到第三部分114的与第二部分112间隔开的端部136测量的长度(未示出)。也可以在平行于导管108的中心线122的方向上测量第三部分114的长度。第三部分114的长度可以大于0mm至约20mm，例如在约0mm至约5mm、约2.5mm至约7.5mm、约5mm至约10mm、约7.5mm至约12.5mm或约10mm至约20mm的范围内。
第三部分114与第二部分112的区别在于，第三部分114具有从中心线122垂直测量的、基本上恒定的尺寸(例如，直径)，而第二部分112具有从中心线122垂直测量的、变化的尺寸。例如，第三部分114可以具有大致圆柱形形状。在这样的实施例中，第三部分114的基本上恒定的直径可以取决于第一部分110的基本上恒定的直径d、第二部分112的第二长度l2以及第二部分112的张角θ。例如，第三部分114的基本上恒定的直径可以具有约2mm至约3mm、约1.5mm至约2.5mm、约2.5mm至约3.5mm或大于3mm的基本上恒定的直径。
金属端头102包括金属。例如，金属端头102可以包括不锈钢、铝或另一种合适的金属。由金属形成金属端头102使得金属端头102是刚性的，从而防止当加压的二氧化碳流过导管108时金属端头102变形。比如，由塑料材料形成金属端头102会导致当二氧化碳流过金属端头102时金属端头102显著变形。由塑料材料引起的变形会导致四个尺寸中的一个或多个尺寸偏离其临界值。此外，由金属形成金属端头102可以增加金属端头102的使用寿命。
参考图1A，如先前所论述，可以将金属端头102的进口116构造成将金属端头102联接到喷嘴100的另一个部件，或联接到碳酸化装置的另一个部件。在一示例中，如图所示，进口116可以包括螺纹132，该螺纹132被构造成用以将金属端头102螺纹联接到另一个部件。在一示例中，进口116被构造成经由压配合、销或任何其它合适的方法联接到另一个部件。
在一实施例中，金属端头102可以限定环形通道134。环形通道134被布置成与进口116的端部136相邻，该端部136与金属端头102的第二端106相距最远。环形通道134还可以围绕导管108在周向上延伸。在一示例中，环形通道134也可以与导管108间隔开，从而在导管108与环形通道134之间形成脊部138。
环形通道134被构造成防止压缩的二氧化碳从金属端头102与联接到该金属端头102的部件之间泄漏。在一示例中，环形通道134可以包括在该环形通道134中布置的O形环140(如图1C中所示)。在这样的示例中，所述联接到金属端头102的部件可以压靠在O形环140上，从而在金属端头102与该部件之间形成不透流体的密封。在一示例中，环形通道134被构造成使得联接到金属端头102的部件的一部分布置在该环形通道134中，从而产生曲折路径。曲折路径可以产生阻力，该阻力阻止二氧化碳从金属端头102与所述联接到金属端头102的部件之间泄漏。
图1C是根据一实施例的喷嘴100的示意性截面视图，该喷嘴100包括与塑料杆142联接的金属端头102。塑料杆142可以包括第一端144、第二端146和在该第一端144与该第二端146之间延伸的主体147。可以使用本文所公开的任何方法将塑料杆142的第一端144构造成布置在金属端头102的进口116中并且联接到该进口116。例如，如所示出的，可以将塑料杆142的第一端144构造成螺纹联接到金属端头102的进口116。可以将塑料杆142的第二端146构造成联接到另一个部件(未示出)，例如碳酸化头(例如，图2的碳酸化头254)。塑料杆142的主体147可以具有细长的形状，从而使得塑料杆142具有细长的形状。在特定实施例中，可以将塑料杆142的第二端146构造成联接到与储存部(例如，图2的储水部252)间隔开的部件，这是因为塑料杆142的细长形状使得能够将喷嘴100布置在该储存部中。
塑料杆142限定细长导管148，该细长导管148从塑料杆142的第一端144延伸到塑料杆142的第二端146。可以将细长导管148构造成流体联接到金属端头102。这允许细长导管148中的二氧化碳(例如，从图2的碳酸化头254接收的二氧化碳)流入到金属端头102的导管108中。
图2是根据一实施例的碳酸化系统250的示意图。碳酸化系统250包括：储水部252，该储水部252被构造成将水260容纳在该储水部252中；以及喷嘴200，该喷嘴200至少部分地布置在储水部252中。喷嘴200可以与图1A至图1C的喷嘴100相同或相似。例如，喷嘴200包括金属端头202，并且可以包括塑料杆242。碳酸化系统250还包括与喷嘴200联接的碳酸化头254。碳酸化系统250还包括联接器256，该联接器256流体联接到碳酸化头254并且被构造成联接到气体源258。因此，联接器256可以从气体源258接收二氧化碳，并且将二氧化碳提供给碳酸化头254。
如先前所论述，储水部252被构造成容纳水260。也可以将储水部252构造成在该储水部252中储存压力流体。例如，经由喷嘴200引入二氧化碳气体会导致储水部252内部的压力大于大气压力。储水部252内部的升高的压力会增加在水260中溶解的二氧化碳的量。
储水部252可以包括进水口262和出水口264。进水口262可以流体联接到水源(未示出)，从而允许水260进入储水部252。在水260被碳酸化之后，出水口264可以允许水260离开储水部252。例如，出水口264可以流体联接到分配器(未示出)，该分配器被构造成将水260分配到杯子或其它容纳水的容器中。
在一实施例中，碳酸化系统250可以包括一个或多个阀266，该一个或多个阀266流体联接到进水口262和出水口264二者，或与进水口262和出水口264二者一体地形成。可以将阀266构造成选择性地打开和关闭。例如，可以将阀266构造成响应于来自控制器267的指令而打开和关闭。可以将阀266构造成在将淡水(例如，非碳酸水)添加到储水部252中时和/或在将碳酸水从储水部252中移除时打开。可以将阀266构造成在将二氧化碳引入到储水部252中时关闭。照此而论，当由于二氧化碳的引入而使储水器252内部的压力增加时，阀266可以防止水260离开储水器252。在一实施例中，储水部252可以包括：冷却器，该冷却器被构造成对水260进行冷却；或一个或多个附加部件，所述一个或多个附加部件被构造成有助于储水部252的操作(例如，有助于将二氧化碳溶解在水260中)。
如先前所论述，碳酸化头254被构造成使喷嘴200联接到该碳酸化头254。碳酸化头254也可以被构造成支撑喷嘴200。因此，碳酸化头254可包括可以联接到喷嘴200并支撑喷嘴200的任何部件或装置。在一示例中，碳酸化头254可以包括能够联接到喷嘴200的管(例如，刚性管)。在一实施例中，碳酸化头254可以包括在管(例如，从联接器256延伸的管)与喷嘴200之间的联接部。
在一实施例中，碳酸化头254与储水部252间隔开。在这样的实施例中，喷嘴200的塑料杆242可以从碳酸化头254延伸到储水部252中。在一实施例中，可以将碳酸化头254至少部分地布置在储水部252中。在这样的实施例中，喷嘴200可以包括从碳酸化头254延伸的塑料杆242，使得金属端头202最佳地定位在储水部252中，或金属端头202可以直接联接到碳酸化头254(例如，从喷嘴200省去了塑料杆242)。
如先前所论述，联接器256被构造成联接到气体源258。联接器256的结构可以取决于气体源258。在一实施例中，气体源258为压缩的二氧化碳的罐。在这样的实施例中，联接器256可以包括适配器，该适配器被构造成联接到压缩的二氧化碳的罐。在一实施例中，气体源258包括二氧化碳的筒。在这样的实施例中，联接器256可以被构造成容纳二氧化碳的筒并刺穿该筒。在一实施例中，气体源258包括在容器中布置的固体二氧化碳源(例如苏打水(seltzer))、带电吸附剂、木炭或其它分子筛、碳纳米管等。在这样的示例中，联接器256可以被构造成刺穿容器并从固体二氧化碳源接收二氧化碳。在一示例中，固体二氧化碳源可以被构造成当暴露于水时释放二氧化碳。在这样的示例中，联接器256可以包括水源。在一实施例中，气体源258被布置在一容器中，该容器还包括调味剂或其它成分(例如，酒精)。例如，该容器可以包括至少两个室，一个室包括气体源258，而另一个室包括调味剂或其它成分(例如，酒精)。在这样的示例中，联接器256被构造成仅进入包括气体源258的室，而碳酸化系统250包括另一个装置(未示出)，该另一个装置被构造成进入包括调味剂或其它成分的室。
碳酸化系统250可以包括图2中未示出的附加部件。例如，碳酸化系统250可以包括：附加阀；支撑结构，该支撑结构被构造成接收并保持气体源258；分配器，该分配器流体联接到出水口264；壳体，该壳体包括在该壳体中布置的碳酸化系统250的至少一些部件；等等。在美国专利申请公开第2016/008973号和美国专利申请公开第2016/0106136号中公开了包括附加部件的碳酸化系统的示例，这两份美国专利申请的公开内容都通过引用全文的方式并入本文。
碳酸化系统250可以用于多种应用和器具中。图3示出了示例饮料机300，该示例饮料机300可以实现碳酸化系统250和/或本文所描述的一个或多个喷嘴，例如喷嘴100或喷嘴200。特别地，示出了饮料器具或饮料机300的等距视图。饮料机300可以包括：壳体302，该壳体302包封该机器的各种部件；储存部304，该储存部304容纳用于形成饮料的液体(例如，水)；以及承滴盘(drip tray)306，该承滴盘306支撑用户的用于接收所分配的饮料的杯子或其它容器。
可以从壳体302移除储存部304，使得用户可以用诸如水的饮料前体液体来填充储存部304，该饮料前体液体用于形成在分配站308处分配到用户的容器中的饮料。储存部304可以包括可移动的盖，以有助于用户用前体液体填充储存部104。在各种示例中，储水箱304可以由通向直接水源或主水源的铅垂连接部代替。饮料前体液体可以是任何合适的液体，包括水或用于形成饮料的任何其它合适的液体。储存部304或主水源可以形成饮料前体供应部的一部分，该饮料前体供应部提供用于某种调理(例如，过滤、冷冻、碳酸化、与饮料介质混合以及随后作为饮料分配)的前体液体。就这一点而言，储存部304可以用于向储水部252(图2)供应水，以利用碳酸化系统250进行碳酸化。另外或替代地，储存部304可以是储水部252，或可以用来执行针对储水部252描述的功能。
举例而言，饮料机300的各种部件可以位于壳体302内。例如，泵可以位于壳体302内，并且可以将前体液体从储存部304移动到碳酸化系统，在该碳酸化系统处，前体液体可以经由气体被碳酸化(例如，使用图2的碳酸化系统250)。取决于特定应用，该气体可以由位于壳体302内的加压罐或瓶(例如二氧化碳罐或瓶)供应。在一些示例中，可以在碳酸化之前、在碳酸化期间或在碳酸化之后通过冷却系统对前体液体进行冷却。在碳酸化期间对前体液体进行冷却可以帮助碳酸化过程。比如，较冷的液体倾向于更迅速地溶解二氧化碳或其它气体，和/或能够溶解更大量的气体。在一些示例中，将前体液体冷却至约4摄氏度或以下，以有助于前体液体的碳酸化。
可以将碳酸液体移动到分配站308并分配到容器(例如可以安置在滴水盘306上的容器)中。为了产生所期望的饮料，可以将碳酸液体与饮料筒或囊袋中所包含的饮料介质(例如，调味剂)混合。可以以多种方式将饮料介质从饮料囊袋中清空。比如，饮料介质可以利用重力从饮料囊袋中排出。另外或替代地，可以通过在压力下将气体或流体引入到饮料囊袋中来将饮料介质从饮料囊袋中移出，如下文更充分地解释的。
对饮料机300及其部件的控制可以由控制电路执行，该控制电路可以包括经编程的通用计算机和/或其它数据处理装置连同合适的软件或其它操作指令，一个或多个存储器(包括可以存储软件和/或其它操作指令的非暂时性存储介质)，控制电路和/或其它系统部件的电源，温度和液位传感器，压力传感器，RFID询问装置或其它机器可读的标记读取器(例如用来读取和识别字母数字文本、条形码、安全油墨等的那些读取器)，输入/输出接口(例如，诸如向用户显示信息和/或从用户接收输入的用户接口)，通信总线或其它链接，显示器，开关，继电器，三端双向可控硅开关，马达，机械联动装置和/或致动器，和/或执行期望的输入/输出或饮料机300的其它功能所必需的其它部件。
图4是根据一实施例的使用本文所公开的喷嘴和碳酸化系统的方法400的流程图。方法400可以包括操作、功能或动作，如由动作405、410或415中的至少一个所示。可以响应于来自控制器的指令来执行动作405、410和415。
提供图4中所示的方法400是为了说明性目的。照此而论，可以想到的是，方法400可以改变。例如，可以以与图4中所示的顺序不同的顺序来执行动作。例如，动作405、410或415中的至少一个可以被分为经修改的、补充的或与另一个动作组合的附加动作。
方法400可以从动作405开始，动作405叙述为“使二氧化碳流过喷嘴的金属端头的导管”。例如，动作405可以包括使二氧化碳流过本文所公开的任何金属端头。照此而论，动作405包括使二氧化碳流过导管，在该导管处，所述四个尺寸中的至少一个尺寸(例如，至少两个尺寸、至少三个尺寸或四个尺寸)具有其临界值。尽管二氧化碳气体流过金属端头时所具有的压力没有上限，但实际情况和系统安全性可以为二氧化碳气体的压力提供合理的上限。根据一个示例性实施例，流过金属端头的二氧化碳气体的压力可以具有约1.28MPa至约8.27MPa的压力，例如在约1.28MPa至约4.5MPa或在约4.5MPa至约8.27MPa的范围内。低于该范围的二氧化碳气体流动压力将导致大于期望的气泡大小。
动作410之后可以是动作405，动作405叙述为“将二氧化碳作为多个气泡从金属端头的第一部分分配到水中”。动作410可以包括冒出具有相对较小直径的二氧化碳气泡，这是因为动作405包括使二氧化碳流过导管，在该导管处，导管的所述四个尺寸中的至少一个尺寸具有其临界值。气泡的大小可以取决于流过金属端头的二氧化碳的压力、水的温度、所述四个尺寸中的哪些尺寸具有其临界值等。
动作415之后可以是动作410，动作410叙述为“将二氧化碳溶解在水中”。动作410可以包括将很大一部分二氧化碳溶解到水中，这是因为二氧化碳气泡的直径相对较小。例如，动作410可以包括将从金属端头冒出的至少22％的二氧化碳溶解在水中，例如至少约28％或58％。二氧化碳气体所溶解到的水的水温和水量也会影响效率。4℃和0℃之间的水具有最高的效率，并且接收二氧化碳的水的体积越大，溶解效率就变得越好。
方法400可以包括图4中未示出的一个或多个附加动作。在一示例中，方法400可以包括：在动作405之前，在联接器处从气体源接收二氧化碳，使二氧化碳从联接器流向碳酸化头，然后使二氧化碳从碳酸化头流入到喷嘴中。此外，使二氧化碳从碳酸化头流入到喷嘴中可以包括使二氧化碳流过喷嘴的塑料杆。在一示例中，方法400可以包括以可控方式打开和关闭一个或多个值，以控制二氧化碳的流量、进入到储水部中的水的流量等。在一示例中，方法400可以包括：在动作415之后，从储水部移除碳酸水，然后将碳酸水分配到杯子或另一个合适的设备中。在这样的示例中，方法400还可以包括在分配碳酸水之前或基本上与分配碳酸水同时地将碳酸水与调味剂或其它成分混合。
由于导管的相对较小的尺寸，所以制造本文所公开的喷嘴的金属端头可能很困难。例如，许多常见的制造技术(例如铸造和机械加工)无法在没有极高的成本、较长的制造时间和/或高舍弃率的情况下形成金属端头，这是因为这些方法无法形成在某些公差(例如，处于其临界范围内的所述四个尺寸的公差)内的金属端头。然而，已经发现金属注射成型可以形成本文所公开的金属端头。例如，金属注射成型可以快速而廉价地形成针对特定公差的金属端头。
图5是根据一实施例的使用金属注射成型技术来形成金属端头502的方法568的示意性截面视图。例如，方法568包括提供模具570。模具570可以由至少一个件、例如由两个件或更多个件形成。模具570可以限定大致对应于金属端头502的形状的腔572。例如，模具570可以包括大致对应于金属端头502的外表面的外侧部分574。模具570还可以包括内侧部分576，该内侧部分576大致对应于金属端头502的进口516和导管508的内部。然而，如将在下面更详细地讨论的，腔572可以比金属端头502略微大。模具570还包括在该模具570中形成的至少一个进口578。
方法568还包括提供原料580。原料580包括与粘合剂混合的多个金属颗粒。金属颗粒可以包括不锈钢颗粒、铝颗粒或另一种合适的金属颗粒。粘合剂可以包括蜡、聚乙烯、聚丙烯、硬脂酸、聚甲醛等。在一示例中，提供原料580可以包括将金属颗粒与粘合剂混合。
方法568包括将原料580注入到腔572中以形成生坯582。例如，方法568可以包括将原料580经由进口578注入到模具570中。
方法568可以包括：在将原料580注入到腔572中之后，从模具570移除生坯582。生坯582可以具有足够的强度，以在生坯582从模具570移除之后使该生坯582具有腔572的形状。
方法568包括从生坯582移除粘合剂。例如，方法568可以包括使用热脱脂工艺、催化脱脂工艺或溶剂脱脂工艺从生坯582移除粘合剂。从生坯582移除粘合剂会导致生坯582具有高孔隙率(例如，至少5体积％，至少10体积％，至少25体积％或至少40体积％的孔隙率)。
方法568可以包括烧结生坯582以形成金属端头502。烧结生坯582可以包括将生坯582加热到接近金属颗粒的熔点的温度。将生坯582加热到这样的高温会促使金属颗粒扩散(例如，结合)在一起以形成金属端头502。将金属颗粒扩散在一起还可以减小生坯582的孔隙率，从而减小生坯582的体积。例如，生坯582可以限定包括第一部分510和第二部分512的导管508'。第一部分510可以包括基本上恒定的直径和在本文所公开的临界值之外的第一长度，而第二部分512可以包括第二长度和不同于本文所公开的临界值的张角。然而，生坯582的基本上恒定的直径、第一长度、第二长度和张角中的至少一个可以被选择为在生坯582的体积在烧结步骤期间减小之后具有其临界值。在一实施例中，方法568可以包括在惰性气氛(例如，氩气气氛或氮气气氛)中烧结生坯582，以防止生坯582或金属端头502在烧结过程期间氧化。
在一实施例中，方法568包括在从生坯582移除粘合剂之后烧结该生坯582。在一实施例中，方法568包括基本上在与从生坯582移除粘合剂同时地烧结生坯582。例如，通过将生坯582布置在炉中并将生坯582加热到足以移除粘合剂的温度，可以从生坯582移除粘合剂。从生坯582移除粘合剂后，炉子可以将生坯582加热到接近金属颗粒的熔点的温度，从而将生坯582烧结成为金属端头502。
尽管本文已经公开了各种形态和实施例，但是可以想到其它形态和实施例。本文所公开的各种形态和实施例是出于说明的目的，而且意图不是限制性的。另外，如本文(包括权利要求在内)使用的词语“包括(including)”、“具有(having)”及其变体(例如，“包括(includes)”和“具有(has)”)应当是开放式的，并且与词语“包括(including)”及其变体(例如，“包括(include)”和“包括(includes)”)具有相同的含义。

Claims (16)

1.一种用于碳酸化系统的喷嘴，包括：
金属端头，所述金属端头具有第一端和第二端，所述金属端头限定从所述第一端朝向所述第二端延伸的导管和从所述第二端延伸到所述导管的进口，所述导管包括：
第一部分，所述第一部分由所述金属端头的至少一个第一内表面限定，所述至少一个第一内表面从所述第一端延伸，所述第一部分具有0.17mm至0.23mm的长度并且沿着所述长度具有0.35mm至0.41mm的恒定的直径；
第二部分，所述第二部分由所述金属端头的至少一个第二内表面限定，所述至少一个第二内表面从所述至少一个第一内表面延伸，所述第二部分具有随着离所述第一部分的距离的增加而增加的直径；
第三部分，所述第三部分由所述金属端头的至少一个第三内表面限定，所述至少一个第三内表面从所述至少一个第二内表面延伸；和
环形通道，所述环形通道围绕所述第三部分在周向上延伸，所述金属端头在与所述第一部分的长度垂直的方向上在所述环形通道与所述第三部分之间限定脊部；以及
具有第一端和第二端的塑料杆，所述塑料杆具有细长形状，并且所述塑料杆的所述第一端螺纹联接到所述进口，且所述塑料杆的所述第二端包括螺纹并被构造成联接到与储存部间隔开的部件，所述塑料杆限定细长导管，所述细长导管流体联接到所述金属端头的所述导管，所述细长导管包括与所述第三部分的所述第三内表面相邻并与所述第三部分的所述第三内表面对齐的内表面。
2.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述金属端头包括不锈钢。
3.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述第二部分具有锥形形状，所述锥形形状具有60°的张角。
4.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述第二部分具有1.55mm至1.65mm的长度，并且其中，所述第二部分的长度是从所述第一部分和所述第二部分的相交部到所述第二部分的相反端平行于所述导管的中心线测量的。
5.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述第三部分具有1.55mm至1.65mm的恒定的直径，并且其中，所述第三部分具有7.5mm至12.5mm的长度。
6.根据权利要求1所述的喷嘴，还包括布置在所述环形通道中的O形环。
7.一种被构造成生产碳酸饮料的碳酸化系统，所述系统包括：
联接器，所述联接器被构造成联接到气体源，并且被构造成从所述气体源接收气体；
储水部，所述储水部被构造成容纳水，所述储水部包括进口和出口；
碳酸化头，所述碳酸化头流体联接到所述联接器；以及
喷嘴，所述喷嘴被布置在所述储水部中并且联接到所述碳酸化头，所述喷嘴被构造成将所述联接器接收的气体分配到所述储水部中，所述喷嘴包括：
金属端头，所述金属端头具有第一端和第二端，所述金属端头限定从所述第一端朝向所述第二端延伸的导管和从所述第二端延伸到所述导管的进口，所述导管包括：
第一部分，所述第一部分由所述金属端头的至少一个第一内表面限定，所述至少一个第一内表面从所述第一端延伸，所述第一部分具有0.17mm至0.23mm的长度并且沿着所述长度具有0.35mm至0.41mm的恒定的直径；和
第二部分，所述第二部分由所述金属端头的至少一个第二内表面限定，所述至少一个第二内表面从所述至少一个第一内表面延伸，所述第二部分具有随着离所述第一部分的距离的增加而增加的直径；
第三部分，所述第三部分由所述金属端头的至少一个第三内表面限定，所述至少一个第三内表面从所述至少一个第二内表面延伸，所述第三部分沿着所述第三部分的长度具有恒定的直径；和
环形通道，所述环形通道围绕所述第三部分在周向上延伸，所述金属端头在与所述第一部分的长度垂直的方向上在所述环形通道与所述第三部分之间限定脊部；以及
具有第一端和第二端的塑料杆，所述塑料杆具有细长形状，并且所述塑料杆的所述第一端邻近所述环形通道螺纹联接到所述金属端头的所述进口，且所述塑料杆的所述第二端包括螺纹并被构造成联接到与储存部间隔开的部件，所述塑料杆限定细长导管，所述细长导管流体联接到所述金属端头的所述导管，
其中，所述细长导管的内表面与所述金属端头的所述导管的内表面连续并与所述金属端头的所述导管的内表面对齐。
8.根据权利要求7所述的碳酸化系统，其中，所述第二部分具有锥形形状，所述锥形形状具有60°的张角。
9.根据权利要求7所述的碳酸化系统，其中，所述第二部分具有1.55mm至1.65mm的长度，其中，所述第二部分的长度是从所述第一部分与所述第二部分的相交部到所述第二部分的相反端平行于所述导管的中心线测量的。
10.根据权利要求7所述的碳酸化系统，其中，所述金属端头还包括进口，所述进口从所述金属端头的所述第二端延伸到所述导管。
11.根据权利要求7所述的碳酸化系统，还包括与所述联接器联接的所述气体源，在所述气体源中容纳二氧化碳。
12.一种使液体碳酸化的方法，所述方法包括：
使二氧化碳流过喷嘴的金属端头的导管，所述喷嘴包括：
金属端头，所述金属端头具有第一端和第二端，所述金属端头限定从所述第一端朝向所述第二端延伸的导管和从所述第二端延伸到所述导管的进口，所述导管包括：
第一部分，所述第一部分由所述金属端头的至少一个第一内表面限定，所述至少一个第一内表面从所述第一端延伸，所述第一部分具有0.17mm至0.23mm的长度并且沿着所述长度具有0.35mm至0.41mm的恒定的直径；
第二部分，所述第二部分由所述金属端头的至少一个第二内表面限定，所述至少一个第二内表面从所述至少一个第一内表面延伸，所述第二部分具有随着离所述第一部分的距离的增加而增加的直径；和
环形通道，所述环形通道围绕所述导管在周向上延伸，
所述金属端头在与所述第一部分的长度垂直的方向上在所述环形通道与所述导管之间限定脊部；以及
具有第一端和第二端的塑料杆，所述塑料杆具有细长形状，并且所述塑料杆的所述第一端邻近所述环形通道螺纹联接到所述金属端头的所述进口，且所述塑料杆的所述第二端包括螺纹并被构造成联接到与储存部间隔开的部件，所述塑料杆限定细长导管，所述细长导管流体联接到所述金属端头的所述导管，
其中，所述细长导管与所述金属端头的所述导管相邻地具有第一直径，并且其中，所述金属端头的所述导管与所述细长导管相邻地具有所述第一直径；
将所述二氧化碳作为多个气泡从所述金属端头的所述第一部分分配到水中；和
将所述二氧化碳溶解在所述水中，从而形成碳酸水。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：在使二氧化碳流过所述喷嘴的所述金属端头的所述导管之前，使所述二氧化碳流过所述喷嘴的塑料杆的细长通道，所述塑料杆联接到所述金属端头。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第二部分具有锥形形状，所述锥形形状具有60°的张角。
15.根据权利要求12所述的方法，进一步包括将所述碳酸水朝向饮料机的分配器排放。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，在所述饮料机内发生流动的操作。
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