JP2013525099A - 炭酸飲料製造装置及び炭酸飲料の製造方法 - Google Patents

Abstract

【要素】
本発明は、炭酸飲料（２）を提供するための飲料カーボネータ（１）を提供する。
前記飲料カーボネータ（１）は、（ａ）ＣＯ_２発生ユニット（１０）を含み、これは光電気化学セル（２２）を含み、これは光（２４）の影響下で有機化合物（２３）を含む第１の液体（２１）中の有機化合物（２３）を、少なくともＣＯ_２へ変換してＣＯ_２含有ガス（２５）を製造し、（ｂ）圧力制御装置（３０）を含み、これは前記ＣＯ_２含有ガス（２５）を加圧するように構成され、及び（ｃ）混合チャンバ（４０）を含み、これは前記ＣＯ_２含有ガス（２５）を加圧下で第２の液体（４１）内に混合して前記炭酸飲料（２）を製造する。

Description

本発明は、飲料カーボネータ、及び炭酸飲料の製造方法に関する。

多くの人は炭酸水を好み、この目的で例えばボトル入りの炭酸水（スパーリングウォーター）を購入する。炭酸飲料の製造方法及びその方法のために使用され得る飲料カーボネータは当該技術において知られた技術である。

例えば、欧州特許第０９１９５１８号明細書には、炭酸飲料、例えば炭酸水に混合したシロップを製造するための飲料カーボネータが記載されている。前記カーボネータは、炭酸化される第１の液体を保持するための手段を含み、前記保持手段は本質的に、前記第１の液体の取り込みに関連付けられ、かつ炭酸化された前記第１の液体の取り出しに関連付けられた閉鎖タンクを含み；前記カーボネータは、前記保持手段内に圧力下二酸化炭素ガスを投与する手段を含み；前記カーボネータは、前記保持手段内に位置する前記第１の液体のためのポンプ手段を含み、前記ポンプ手段が前記保持手段の外部に位置する駆動手段を持ち、前記ポンプ手段が前記ポンプ手段と前記駆動手段との間の磁気カップリングを介して駆動され；前記カーボネータは、前記保持手段が中に設けられる貯水容器を含み、前記貯水容器は前記保持手段の少なくとも一部を囲む第２の液体を保持するように適合され、かつ、前記カーボネータは、前記第２の液体を撹拌するために前記保持手段の下に設けられた撹拌手段を含み、前記撹拌手段が前記駆動手段に直接結合されている。

国際公開第２００３／０６４３１４号明細書に、ウォーターディスペンサーが開示されている。前記ウォーターディスペンサーは、水源に接続された水供給管、前記水供給管から供給される水を貯蔵するための第１及び第２のタンク、ＣＯ_２タンク、スパーリングウォータータンク、前記第１のタンク、前記第２のタンク及び前記ＣＯ_２タンクを巻く冷却パイプ、水取り出し手段、前記第２のタンクから前記水取り出し手段へ伸びる第１の水取り出し管、及び前記第２のタンクから前記水取り出し手段へ伸びる第２の水取り出し管、を含む。前記ＣＯ_２タンクは、前記第１のタンク及び前記第２のタンクの少なくとも１つの近くに設けられる。国際公開第２００３／０６４３１４号によれば、供給され得る水の量は増加し、前記ＣＯ_２タンクの冷却効率もまた改善される。

欧州特許第０９１９５１８号明細書 国際公開第２００３／０６４３１４号明細書

現在スパーリングウォーターを製造（家庭やオフィスで）するためにはＣＯ_２シリンダが必要であり、これは高価であって取得が困難である。ＣＯ_２シリンダは、例えば現在約１０ユーロ（６０ｌのスパーリングウォーター用）であり、シリンダを借りるためには２０ユーロを要する。さらに、それらは通常スーパーマーケットでは入手できない。また、このような装置を操作するための道具は、６０バールの圧力で操作できる高価な鋼鉄材料であることを必要とし得る（通常８０ユーロ）。さらに、顧客はしばしばかかる装置で製造されたスパーリングウォーターの味に付き不満を持つ。さらに、かかるシステムは比較的大きなエネルギーを必要とする。

従って、本発明の１つの側面は、炭酸飲料を製造する他の方法及び／又はかかる方法のために使用され、さらに好ましくは前記欠点の少なくとも一部を緩和し得る飲料カーボネータを提供することである。

第１の側面によれば、本発明は飲料カーボネータ（「装置」）を提供し、前記装置は、
（１）ＣＯ_２発生ユニットを含み、これは光電気化学セルを持ち、光の影響下で有機化合物を含む第１の液体中の有機化合物を少なくともＣＯ_２へ変換してＣＯ_２含有ガスを生成し、
（２）前記ＣＯ_２含有ガスを加圧するように構成される圧力制御装置を含み、さらに
（３）前記ＣＯ_２含有ガスを加圧下で第２の液体と混合して炭酸飲料を製造する装置である。前記光電気化学セルは具体的には、光の影響下、例えば光触媒の存在下で有機化合物をＣＯ_２へ変換し得るセルである。

さらなる側面では、本発明は炭酸飲料を製造するための方法（又はプロセス」）を提供するものであり、前記方法は、第１の液体中での有機化合物を光電気化学的に少なくともＣＯ_２へ変換してＣＯ_２含有ガスを生成し、及び前記ＣＯ_２含有ガスを加圧下第２の液体に混合して前記炭酸飲料を製造する方法である。具体的には、この方法では、ここで記載される前記飲料カーボネータが適用され得る。

本発明は、容易に入手できる有機炭素源（グルコースシロップなど）をＣＯ_２ガスの源として使用することを可能にし、かかる装置の費用をずっと低くし得る。本発明は具体的には、光電気化学セルを用いるものであり、これは例えばグルコースなどの有機化合物をＣＯ_２へ変換し得る。前記セルの１つの電極（「アノード」）では、光子が半導体物質に吸収され、導電帯電子と価電子帯正孔が形成され、正孔は例えばグルコースをＣＯ_２へ酸化することができる。前記光変換プロセスで生成される電子はセル中の第２の電極（「カソード」）へ移動し、そこで酸素と反応して水を与える。この光誘導プロセスにおいて、電流が生成され、（部分的に）前記装置を駆動するために使用される。

例えば１ｋｇの糖は、２００ｌのスパーリングウォーターのために十分なＣＯ_２を容易に与えることができる（１ｋｇのサッカロース（Ｃ_１２Ｈ_２２Ｏ_１１）は２．９２ｍｏｌであり、これは３５ｍｏｌ、又は１５４３ｇのＣＯ_２へ酸化され得る）。高濃度の炭酸水は約６ｇ／ｌのＣＯ_２を含み、これは砂糖１ｋｇで２５７ｌのスパーリングウォーターが作れる）。前記ＣＯ_２含有量はカスタマイズされ得るものであり、人々が前記ガス（泡）の含有量について異なった好みを有する、ということはよく知られている。スパーリングウォーターの値はこれにより本質的に下がる。さらに前記装置は、高価な高圧材料を必要とせず、低圧で作動するように設計され得る。

用語、飲料又はドリンクとは、具体的には、人が消費するために作られる液体を意味する。用語「飲料」は水自体を意味するものではなく、この発明では炭酸水（スパーリングウォーター）が飲料として考えられている。飲料の例としては特に、コーラ、スパーリングウォーター、アイスティ、レモネード、スクワッシュ、フルーツパンチ、ホットチョコレート、ホットティ、ホットコーヒー、ミルク、ミルクシェーキ、ワイン、ビール、ルートビール、オレンジソーダ、グレープソーダ、クリームソーダ及びジンジャエールが挙げられる。従って用語「飲料」は、特にアルコール飲料、ノンアルコール飲料及びソフトドリンクを意味する。本発明の装置及び方法で製造され得る炭酸水飲料は、好ましくは、コーラ、スパーリングウォーター、アイスティ、レモネード、スクワッシュ、フルーツパンチ、ワイン、ビール、オレンジソーダ、グレープソーダ、クリームソーダ及びジンジャエールなどのように冷却して消費される。具体的には、ここで前記飲料は、毎日飲む飲料ではない。従って好ましくは前記第２の液体は飲料又は飲料前駆体である。飲料前駆体の例は、水又はコーラミックスであり、これらはＣＯ_２を前記飲料前駆体へ導入することで飲料（スパーリングウォーター及びコーラ、それぞれ）へ変換される。１つの具体的な実施態様では、前記第２の液体は水であり、特に水道水などの非スパーリングウォーター、非スパーリングミネラルウォーター、脱ミネラルウォーターなどである。

本発明の１つの具体的な側面は、前記光電気化学セルをＣＯ_２及び局所的に電気を生成するための使用である。具体的には、前記光電気化学セルはナノ−ＴｉＯ_２に基づく光電気化学セルである。当該技術分野で知られるように、色紙は前記ナノ−ＴｉＯ_２を感作させるために使用され得る（グレーツエル（Ｇｒａｅｔｚｅｌ）セルタイプ）。またＺｎＯやＣｄＳなどの他の半導体材料も適用され得る。そのような光電気化学セルは原理的には、環境復旧のため、即ち水及び排水の浄水、大気汚染対策と消毒のために使用され得る。というのはこれらはここでＣＯ_２を発生させるために有機化合物を除去することができるものであるからである。これについては例えば、Ｍａｓａｏ Ｋａｎｅｋｏ等の「Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｂｉｏｍａｓｓ ａｎｄ ｂｉｏ−ｒｅｌａｔｅｄ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｗｉｔｈ ｎａｎｏｐｏｒｏｕｓ ＴｉＯ_２ ｆｉｌｍ ｐｈｏｔｏａｎｏｄｅ ａｎｄ Ｏ_２−ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｃａｔｈｏｄｅ」（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，８（２００６）３３６）で言及されている。

有利には、本発明の装置及び方法はＣＯ_２と電気を同時に生成する。前記ＣＯ_２と電気は、前記第１の液体を前記光電気化学セルへ与えて、前記セル、具体的には前記アノードを（例えば太陽光及び／又は人工光で）照射することで発生する。ＣＯ_２の少なくとも一部分は前記第２の液体へ導入され、前記電気の少なくとも一部分は前記装置を駆動するために使用される。

室内で生成された前記電気は全装置を駆動するために十分ではないことがあり得る。従って、前記装置は、内部又は外部の電気エネルギーなどの追加の電気エネルギー源から電気を供給され得る。１つの実施態様では、前記飲料カーボネータはさらに、光源（人工光源）を含み、これは前記光電気化学セルに必要な光の少なくとも一部分を与えるように構成され得る。

１つの実施態様では、（ＵＶ）ランプが前記装置へ追加され、これが前記電気化学的光反応を駆動するための光を生成する。このランプは前記主電源から又は（充電式電池）から供給され得る。前記装置が入射日光に依存する場合には、前記装置は前記生成される電気によりそれ自体（ポンプなど）を完全に作動させ得る。

従って本発明の方法はさらに、（ＵＶ）ランプなどの光源の光を前記光電気化学セルに与えることを含む。可視光は（また）前記光電気化学セルを駆動するために使用され得る。例えば、窒素ドープＴｉＯ_２は半導体として適用され、これは可視光下で前記有機化合物をＣＯ_２への変換を行うことができるが、しかしまたＴｉＯ_２中の他のドーパントもこの効果を有する（例えば、Ｎｉｃｋ Ｓｅｒｐｏｎｅの「Ｉｓ ｔｈｅ Ｂａｎｄ Ｇａｐ ｏｆ Ｐｒｉｓｔｉｎｅ ＴｉＯ_２ Ｎａｒｒｏｗｅｄ ｂｙ Ａｎｉｏｎ ａｎｄ Ｃａｔｉｏｎ Ｄｏｐｉｎｇ ｏｆ Ｔｉｔａｎｉｕｍ Ｄｉｏｘｉｄｅ ｉｎ Ｓｅｃｏｎｄ−Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｓ」（Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ，２００６，１１０（４８），２４２８７−２４２９３）を参照）。

選択的に又は加えて、前記方法はさらに、太陽光を前記光電気化学セルに与えることを含む。例えば、太陽集光器は太陽光を集光して、この太陽光を、１又はそれ以上のレンズ、鏡などの他の光学的手段を介して前記光電気化学セルに与えるように適用され得る。

従って、１つの実施態様では前記飲料カーボネータは、電気部品（ポンプ、電気バルブ、制御ユニット、冷却要素など）を含み、前記光電気化学セルが、前記電気部品に必要な電気の少なくとも一部分を与えるように構成される。

グルコースを例として以下の反応が前記セル中で起こる。前記第１の段階は、次式に従い、前記半導体電極により光が吸収され、価電子帯（ＶＢ，青）で正孔を、そして伝導帯（ＣＢ、赤）で電子を生成する。
ｈν→ｈ^＋ ＋ ｅ⁻ （１）
次の段階は、グルコースが前記ＶＢ正孔により次式に従い酸化される。
Ｃ_６Ｈ_１２Ｏ_６ ＋ ６Ｈ_２Ｏ ＋ ２４ｈ^＋ →ＣＯ_２ ＋ ２４Ｈ^＋ （２）
前記ＣＢ−電子は前記第２の電極に運ばれ次式に従い酸素を還元する。
６Ｏ_２ ＋ ２４Ｈ^＋ ＋ ２４ｅ⁻→ １２Ｈ_２Ｏ （３）
全反応は次式となる。
Ｃ_６Ｈ_１２Ｏ_６ ＋ ６Ｏ_２→６ＣＯ_２ ＋ ６Ｈ_２Ｏ （４）
前記第２の反応は光触媒を用いて触媒される。前記電極は例えば光触媒（例えば二酸化チタン）でコーティングされていてよく、かつＵＶＬＥＤ又は（他の半導体が前記光触媒を活性化するために使用される場合）他の波長の適切な光源（二酸化チタンにはＵＶ光）で照射され得る。電子及び正孔が生成されることから、前記正孔はグルコース又は他の有機化合物を直接酸化するか、又は中間帯のヒドロキシルラジカルと共に酸化し得る。前記電子は前記カソードへ移動して、そこで酸素を前記液体からのプロトンと共に水へ変換する。

前記カソード反応を改善するためには、空気が前記カソード側の液体へ混合（例えば空気の泡をバブリングすることで）される。従って本方法はまた、例えば前記カソード側で前記液体中へバブリングすることなどにより前記カソードへ酸素含有ガスを与えることを含む。

電流収率をさらに改良するために、アノード及びカソードは選択性膜により分離されて、酸素が前記アノードへ移動することを妨げるが、しかしＨ_３Ｏ^＋イオンは前記膜を自由に通過することを可能とする。具体的には、前記光電気化学セルは膜を含み、これはアノード区画（ｅ⁻／Ｈ^＋／ＣＯ_２生成）及びカソード区画（ｅ⁻／Ｈ^＋／消費）を与え、ここで膜はプロトン交換膜である。

留意すべきことは、グルコースをＣＯ_２へ電気化学的に酸化するためには２４の電荷が必要であり、従ってこの反応はここで示されるよりもずっと複雑であり得る、ということである。例えば、前記初期酸化が実際に前記ＶＢを介して起こるが、しかし作られる中間体が直接正孔を前記半導体電極のＣＢ内に注入し得る、カレントダブリングプロセスが含まれる、ということが予想され得る。

上ではグルコースが例として使用された。しかし、これに代えて又は追加して、他の有機化合物も適用され得る。前記有機化合物は、約５−５０℃の範囲の温度で液体として利用され得るか、又は液体キャリア中に含まれ得る（好ましくは溶解され）任意の化合物であり、さらに光電気化学的にＣＯ_２（及び例えばＨ_２Ｏなどの他の化合物）へ変換され得る任意の化合物であり得る。用語「有機化合物」はまた、複数の有機化合物を意味する。従って前記第１の液体はまた、異なる有機化合物の組み合わせを含み得る。

１つの具体的実施態様では、前記第１の液体が有機化合物としてサッカリドを含む。ここでサッカリドとは１又はそれ以上のモノサッカリド、ジサッカリド又はオリゴサッカリドを意味する。

前記モノサッカリドは好ましくは、アルドース及びケトースからなる群から選択される。１つの実施態様では、前記有機化合物は１又はそれ以上のグルコース及びフルクトースを含む。ジッサカリドは好ましくは、スクロース、ラクツロース、ラクトース及びマルトースからなる群から選択される。１つの実施態様では、前記有機化合物は１又はそれ以上のスクロース（サッカロース）及びラクトースを含む。オリゴサッカリドは好ましくは、マルトトリオースなどの、トリサッカリド、テトラサッカリド及びペンタサッカリドからなる群から選択される。

好ましくは、グルコース及び／又はフルクトース及び／又はスクロース及び／又はラクトースが有機化合物として選択される。具体的には、前記第１の液体は１又はそれ以上のグルコース及びサッカロース（スクロース）を有機化合物として含む。従って第１の液体として、例えば砂糖シロップが適用され得る。前記第１の液体は好ましくは水系である。１つの実施態様では、前記第１の液体は水であり、前記有機化合物は溶解されている。

前記装置は、連続式又はバッチ式で駆動され得る。同様に、前記方法は、連続式又はバッチ式で実施され得る。

１つの実施態様では、前記ＣＯ_２発生ユニットは前記第１の液体から連続的にＣＯ_２を発生するように構成される。

さらに、前記飲料カーボネータはＣＯ_２貯蔵チャンバを含み、これは前記ＣＯ２含有ガスが（一時的に）貯蔵され得るチャンバである。前記貯蔵チャンバは加圧下でＣＯ_２を貯蔵するために使用され得るものであり、これは後に前記第２の液体中にＣＯ_２を導入することを容易にする。用語「ＣＯ_２含有ガス」とは、一般的にＣＯ_２で富化された空気に関連するが、しかし具体的な実施態様ではまた実質的に純粋なＣＯ_２に関連する。１つの実施態様では、前記飲料カーボネータは、ＣＯ_２を液体状態で貯蔵するように構成される。従って、本発明はさらに、ＣＯ_２含有ガスを加圧下で（ガス又は液体で）貯蔵することを含む。

ＣＯ_２に加えてまた、着香剤、着色剤、砂糖、ミネラルなどの他の成分が第２の液体へ添加され得る。従って１つの具体的実施態様では、前記飲料カーボネータはさらに、投与ユニットを含み、これはさらなる化合物（「添加物」）を第２の液体又は前記炭酸飲料へ与えるように構成され、前記さらなる化合物が好ましくは、着香剤、着味剤、着色剤、砂糖及びミネラルからなる群から選択される。同様に、前記方法はさらに、かかるさらなる化合物を第２の液体又は炭酸飲料へ与えることを含む。前記ミネラル成分は、健康用などの消費者の好みに合わせて調節され得る。また着香剤、着味剤及び砂糖などの他の成分の含有量も消費者の望みに合わせて調節され得る。味に影響を与え得る砂糖及びミネラルは、着味剤として考えられる。当業者には明確であるように、本発明はまた、１又はそれ以上の添加物が前記第２の液体へ添加され、かつ１又はそれ以上の（他の）添加物が前記炭酸飲料に添加される実施態様を含む。

追加構成、例えば冷却要素及び／又は水精製ユニット（例えばＵＶ殺菌、イオン除去、汚染物除去など）が前記装置に加えられ得る。

興味のある追加（アドオン）は過酸化水素＋ＵＶに基づく汚染物の除去であり得る。
過酸化水素は、カソードで異なるタイプの触媒を用いることで以下の反応式に基づき前記光電気化学セル内で生成され得る。
Ｃ_６Ｈ_１２Ｏ_６ ＋ ６Ｈ_２Ｏ ＋ ２４ｈ^＋→ ＣＯ_２ ＋ １２Ｈ^＋
１２Ｏ_２ ＋ ２４Ｈ^＋ ＋ ２４ｅ⁻→ １２Ｈ_２Ｏ_２
Ｃ_６Ｈ_１２Ｏ_６ ＋ ６Ｏ_２→６ＣＯ_２ ＋ １２Ｈ_２Ｏ_２ （５）
再び例としてグルコースを有機化合物として使用されている。しかしまた他の化合物の同様に適用され得る。

過酸化水素はその後貯蔵されることができるが、又は前記第２の水などの液体がすでに装置内に存在する場合には、直ぐに水を処理するために使用され得る。Ｈ_２Ｏ_２はカソード側で生成される。従って前記有機化合物を含む液体は前記アノード側で使用されることができ、例えば水が前記カソード側で使用され得る。ＣＯ_２が同時に生成され、水はカソード側で「処理」され得る。この処理水は後に飲料水として使用され得、及びＣＯ_２が飲料としてスパーリングウォーターを作るためにこの水に導入され得る。

従って、炭酸飲料の製造に前に前記第２の液体が精製され得る。前記第２の液体はバクテリア、ウイルス及び有機化合物などの望ましくない物を破壊するためにＨ_２Ｏ_２及び／又はＵＶ光で処理され得る。１つの具体的実施態様では、前記飲料カーボネータはそれゆえに、フォトニック結晶セルを含み、これは又Ｈ_２Ｏ_２を発生するように構成され、及び前記方法はさらに、好ましくは加圧下で前記ＣＯ_２含有ガスを前記第２の液体へ混合する前に、前記第２の液体をＨ_２Ｏ_２で精製することを含む。従って、前記Ｈ_２Ｏ_２は前記第２の液体を処理するために適用される。従って１つの実施態様では、前記方法はさらに前記第２の液体をＨ_２Ｏ_２で精製することを含み得る。場合により、そのようにして生成された前記Ｈ_２Ｏ_２含有液体は、前記第２の液体を精製するために使用され得る。従って１つの実施態様では、前記第２の液体はＨ_２Ｏ_２を精製するために使用され、及び他の実施態様ではＨ２Ｏ２含有液体が前記第２の液体を処理するために使用される。

その代わりに又はそれに加えて、前記第２の液体はまたＵＶ光で処理され得る。ＵＶ及びＨ_２Ｏ_２の組み合わせ処理はまた、「最先端酸化方法」として示される。前記第２の液体の処理は、一般的にＣＯ_２導入の前に実施される。ＣＯ_２導入の前に、前記（精製）液体はまた、濾過の対象とされ得る。この濾過は、有機化合物などの望ましくない化合物を除去するために適用され得る（例えば、Ｈ_２Ｏ_２及び／又はＵＶ光での精製処理からの残渣）。従って、１つの実施態様では、前記方法はさらに、前記第２の液体をＨ_２Ｏ_２又はＵＶ光、又はその両方で精製することを含む。

従って本発明は、例えば、スパーリングウォーターが製造され、有機物質がＣＯ_２源として使用される、装置を提供する。具体的には、前記使用される有機化合物がグルコースなどの砂糖である。前記装置では、フォトニック結晶、特にＴｉＯ_２が前記有機化合物をＣＯ_２及びＨ_２Ｏに変換するために使用される。さらに１つの実施態様では、砂糖及び／又は着香剤及び／又はミネラルが前記スパーリングウォーターに添加され得る。ＣＯ_２の量及び添加される砂糖、着香剤、ミネラル又は着色剤などの選択的添加物は消費者により調節され得る。

場合により前記光電気化学セルを作動するため、光は、例えばＬＥＤなどのＵＶ光源により生成され得る。１つの実施態様では、窒素ドープＴｉＯ_２などの可視光活性光触媒が使用される。従って、さらなる実施態様では、光は、前記光電気化学セルを駆動するため、ＬＥＤなどの可視光源により生成され得る。室内光もまた、前記電気化学セルの光触媒を活性化するために使用され得る。室内光は、単独で又は（ＵＶ）ＬＥＤなどの光源の光との組み合わせで使用され得る。さらに前記装置は、（水）精製機能と共に提供され得る。

当業者には明らかであるが、光電気化学セルのスタックもまた適用され得る。用語「光電気化学セル」は、１つの実施態様では複数の光電気化学セルの１つのスタックに関連し、又は複数の光電気化学セルを意味する。

以下、本発明の実施態様は添付の模式的図面を参照して、例示的な方法で説明される。図中、対応する記号は対応する部品を参照する。

図１は、本発明の飲料カーボネータの１つの実施態様を模式的に示す。 図２ａは、本発明の飲料カーボネータのいくつかの実施態様及びその変法を模式的に示す。 図２ｂは、本発明の飲料カーボネータのいくつかの実施態様及びその変法を模式的に示す。 図３は、炭酸飲料を生成するためのいくつかの可能な方法を模式的に示す。 図４は、飲料カーボネータの光電気化学セルの原理を模式的に示す。

図１は、炭酸飲料２を製造するための飲料カーボネータ１の１つの実施態様を模式的に示す。飲料カーボネータ１は、ＣＯ_２発生ユニット１０、圧力制御装置３０及び混合チャンバ４０を含む。前記飲料カーボネータ１は、第１の液体中の有機化合物を光電気化学的に、前記ＣＯ_２精製ユニット１０内で少なくともＣＯ_２へ変換してＣＯ_２含有ガスを製造し、及びポンプなどとして前記圧力制御装置３０による圧力下で前記ＣＯ_２含有ガスを前記混合チャンバ４０内の第２の液体中へ混合して前記炭酸飲料２を与えることで、前記炭酸飲料２を製造するために使用され得る。

前記ＣＯ_２活性ユニット１０は、有機化合物２３を含む第１の液体２１のための区画を含む。前記ＣＯ_２発生ユニット１０は、光電気化学セル２２を含み、これは前記第１の液体２１中の有機化合物２３を光２４の影響下で少なくともＣＯ_２へ変換し、ＣＯ_２含有ガス（参照番号２５）を製造するように構成されている。

前記光電気化学セル２２は通常は、アノード内及びカソード区画で膜２００により分けられている（より詳細及び変更例として、図４及びその説明を参照）。

さらに、前記圧力制御装置３０は、前記ＣＯ_２含有ガス２５を加圧するように構成される。前記混合チャンバ４０は、前記ＣＯ_２含有ガス２５を加圧下で水又はコーラ前駆体などの第２の液体４１へ混合して前記炭酸飲料２を与えるように構成される。

前記装置１は、スパーリングウォーター１ｌに必要な量などの既定の量のＣＯ_２が生成されるまで連続的に運転され得る。これは、必要な前記電極のサイズを低減し得る。さらに、これは前記スパーリングウォーター内のＣＯ_２含有量を容易に調節することができ：水が前記貯蔵タンク内にあれば前記ガスを直ぐに前記水に混合することを可能にする。

過剰なガスを溶解させてスパーリングウォーターを製造するために、加圧、例えば２バール加圧が必要とされ、これはポンプなどの圧力制御装置３０を用いて発生させる。
他の実施態様では、前記ＣＯ_２は実質的に純粋なガスとして貯蔵され、より小さい空間使用のため加圧力は最適化される。後にこの加圧力は水との混合を駆動するために使用され得る。

例えば、水１ｌについて、６ｇの貯蔵ＣＯ_２が必要であり、これは１０バールの圧力では容積が０．３ｌとなり、より大きい容積ではより低い圧力を可能とする。他の実施態様では、前記ＣＯ_２は液体として貯蔵され得るが、これには高圧力（＞６０バール）を必要とし、装置をより高価なものとする。本装置の重要な構造は、水に加えられるＣＯ_２の量を、ユーザのために調節可能とすることができる、ということである。これは多くの方法、例えば、前記混合圧力を調節したり又は前記混合チャンバへより少量のＣＯ_２を移送することで制御し得る。場合により、ｐＨセンサ、電流積算装置又は圧力センサを前記装置に付けることができ、これにより溶解ＣＯ_２（前記第２の液体４１中）の量を定量化することができる。

光２４は、環境光、太陽光、ＬＥＤなどの光源光又はこれらの光の光源の２又はそれ以上の組み合わせとして設けられる。前記使用される光は、可視光又はＵＶ光、又はこれらの組み合わせであり得る。

図１には、ＣＯ_２（前記第２の液体４１中）が泡４２として示される。さらに、例示として、混合チャンバ４０は、前記タンクを放出するためのタップ４３を含む。電子部品は６０で参照されている。例えば圧力制御装置３０は電気的に駆動され得る。

図２ａ−２ｂは、いくつかの他の実施態様が模式的に示され、これらはお互いに組み合わせることができ、又は図１に模式的に示された実施態様と組み合わせることができる。

図２ａは、図１で模式的に示された実施態様と同じ実施態様を示すが、いくつかの追加の選択がなされ得る。参照番号７０は、貯蔵チャンバであり、ここでは前記ＣＯ_２含有ガス２５が（一時的に）貯蔵され得る。この貯蔵チャンバ７０は、前記ＣＯ_２含有ガス２５のためのバッファとして使用され得る。この方法で、前記ＣＯ_２を前記第２の液体４１へ混合することが、比較的迅速に実施され得る。前記ＣＯ２含有ガス２５は、ガスとして貯蔵され得るが、しかしＣＯ_２はまた液体で貯蔵され得る。どちらの場合も、前記貯蔵チャンバは加圧下である（圧力制御装置３０により）。貯蔵は従って加圧条件下でなされ得る。前記圧力制御装置３０は、前記ＣＯ_２含有ガス２５を前記貯蔵チャンバ７０内に加圧下で貯蔵するために適用され得る。

図２ａはさらに、投与ユニット８０を模式的に示し、これは前記第２の液体及び／又は炭酸飲料内に添加物を加えるために使用され得る。添加物には例えば着色剤、香料、着味剤などあり得る。前記着味剤は例えば、砂糖であり得るが、またミネラルも含み得る。前記添加物は添加されてもよく添加されなくてもよく、消費者の望み及び／又は飲料カーボネータ１の構成に依存する。電子装置、例えば前記飲料カーボネータ１を制御するための全ての電子装置（場合により電池又は本体への結線を含む）が参照番号１００で示される。

電子装置１００はまた、電子部品６０であり、これは前記光電気化学セル２２から電子エネルギーの少なくとも一部分を受け取ることができる。

図２ｂでは、１つの実施態様が模式的に示され、ここで、飲料カーボネータ１から前記光電気化学セル２２の電極（図示されていない）は膜２００で分離され、前記カソードは特にＨ_２Ｏ_２を発生させるように適合される（ＣＯ_２もなお前記アノードで生成される）。さらに前記光電気化学セル２２は、前記第２の液体４１をＨ_２Ｏ_２を発生させるために同様に使用し得る（前記反応式については前記を参照）。

生成されたＨ_２Ｏ_２は前記第２の液体４１を精製するために使用され得る。前記第２の液体４１（具体的には水）は、例えば望ましくない有機汚染物を分解するためにＨ_２Ｏ_２と処理され得る。これに代えて又は加えて、前記第２の液体４１（具体的には水）はまた、ＵＶ光（参照符号２４（点線）で示され、ここでは少なくともＵＶ光を含む）で処理され得る。場合により、前記処理された第２の液体４１は濾過ユニット１１０で濾過され、処理及び濾過された第２の液体４１を前記混合チャンバ４０へ与えることが可能である。前記混合チャンバ４０内では、前記（処理）第２液体４１は圧力制御装置３０を介してＣＯ_２含有ガス２５が供されるが、ここでは場合によりまた他の成分（例えば着香料や着色剤）が前記第２の液体４１へ添加されてスパーリング飲料２を提供する。

図３は、前記炭酸飲料２を製造するためのいくつかの方法を模式的に示す。左側で、１の液体２１が少なくとも部分的にＣＯ_２含有ガス２５へ変換される。このガスは前記第２の液体４１と混合され前記炭酸飲料２を提供する。第２の液体４１は、ＣＯ_２含有ガス２５と直接混合され得るが、場合によりまた最初にＨ_２Ｏ_２及び／又はＵＶ照射処理を含む精製処理１９０、及び場合により濾過処理（前記参照）の対象とされ得る。さらに、場合により添加物８１が、前記炭酸飲料２、又は前記第２の液体４１又は精製された第２の液体（又はその両方）へ導入され得る。

図４は、前記光電気化学セル２２を持つＣＯ_２発生ユニット１０を模式的に示す。図４に模式的に示され、さらに以下記載される構成は、上で記載され図１−３に模式的に示される実施態様に適用され得る。

グルコースで駆動される場合には以下の反応が前記セル内で起こり得る。
第１の段階は、式（１）による前記半導体電極１４０（これは又アノードを示す）による光吸収であり、価電子帯（ＶＢ、１４１）に正孔（ｈ^＋）と、導電帯（ＣＢ、１４２）に電子を発生する。
ｈν→ｈ^＋ ＋ ｅ⁻ （１）
次の段階は、式（２）に従いグルコースが前記ＶＢ正孔で酸化される。
Ｃ_６Ｈ_１２Ｏ_６ ＋ ６Ｈ_２Ｏ ＋ ２４ｈ^＋ →６ＣＯ_２ ＋ ２４Ｈ^＋ （２）
前記ＣＢ電子は前記第２の電極１４３（これは又カソードを示す）へ運ばれてそこで式（３）に従い酸素が還元される。
６Ｏ_２ ＋ ２４Ｈ^＋ ＋ ２４ｅ⁻→１２Ｈ_２Ｏ （３）
全体の反応は次式のようになる。
Ｃ_６Ｈ_１２Ｏ_６ ＋ ６Ｏ_２→６ＣＯ_２ ＋ ６Ｈ_２Ｏ （４）
前記（半導体）電極１４０は、１つの実施態様では光触媒、例えば二酸化チタンでコーティングされ、適切な光源（二酸化チタンの場合には、ＵＶ、例えばＵＶＬＥＤが前記光触媒を活性化するために適用され得る）で照射され得る。電子及び正孔が生成され、前記正孔はグルコースを直接又は中間体のヒドロキシルラジカル又はその他のラジカルで酸化する。前記電子は前記カソードへ運ばれ、そこで前記液体からのプロトンとで酸素を水へ変換する。

好ましくは、前記光電気化学セル２２はさらに、膜２００を含み、これは前記光電気化学セル２２をカソード区画とアノード区画に分離する。

好ましくは、この膜２００は、前記アノード区画２０１から前記カソード区画２０２へプロトンが移動することを可能にするように構成される。さらに好ましくは、前記膜は、例えばグルコース及び前記アノード側で形成され得る他の（中間体）反応生成物などの有機物質に対するバリアである。好ましくは、前記膜はまた、前記カソード側で酸素に非透過性であり、前記カソード区画２０２から前記アノード区画２０１への酸素の移動が抑制又は防止される。前記膜２００は好ましくは、前記カソード区画２０２から前記アノード区画２０１への電子に対して非透過性である。従って好ましくは、前記光電気化学セル２２は膜２００を含み、アノード区画２０１とカソードド区画２０２を与え、そこで前記膜２００はプロトン交換膜であり、特にプロトンが前記アノード区画２０１から前記カソード区画２０２へ移動することを可能にする。

有機化合物２３を含む前記液体２１は前記アノード区画２０１へ供給される。前記アノード区画内の液体（参照番号１２１）は、有機化合物２３を含む前記同じ液体２１、即ち前記第１の液体であり得るが、好ましくは水（第３の液体）である。さらに好ましくは、前記光電気化学セル２２は入口２２０を含み、これは空気などのＯ_２含有ガスを前記カソード１４３内に導入する。例えば、空気が前記カソード区画２０２内の前記液体１２１内に吹きこまれる。１つの実施態様では、ガスは前記カソード区画２０２から、開口部２３０（例えば排気）から逃げることができる。

１つの具体的な実施態様では、前記カソード１４３は特にＨ_２Ｏ_２も又生成するように設計される。この方法で、前記カソード区画２０２内の前記液体１２１はＨ_２Ｏ_２で処理されるか、又はＨ_２Ｏ_２のキャリア（即ち、Ｈ_２Ｏ_２含有液体であり、これは例えば前記第２の液体の処理のために使用され得る）であり得る。１つの好ましい変更例では、前記第２の液体４１は前記カソード区画２０２へ導入され、Ｈ_２Ｏ_２は、場合によりＵＶ処理と組み合わされて水などの前記第２の液体４１を処理するために使用され得る。

ここで「実質的に全ての発光」や「実質的になる」などの用語「実質的」は、当業者には理解される。用語「実質的に」はまた、「完全に」、「全部」などの態様を含み得る。従って実施態様では用語実質的にはまた除かれ得る。適用可能な場合には、用語「実質的に」はまた、９０％以上、例えば９５％以上、特に９９％以上、さらには特に１００％を含む９９．５％以上に関連し得る。用語「含む」はまた、用語「含む」が「からなる」を意味する態様を含み得る。

さらに、明細書及び特許請求の範囲での用語である、第１、第２、第３などは、類似の要素を区別するために使用されるものであり、必ずしも順序又は経時的順序を記載するものではない。理解されるべきことは、そのように使用される用語は適切な場合には交換可能であるということ、及びここで記載された本発明は、記載された順序又はここで示された順序以外の順序でも実施可能である、ということである。

ここで装置とはとりわけ操作の際に説明されるその他のものである。当業者には、本発明は操作の方法又は操作の際の装置に限定されるものではない。

留意すべきことは、前記実施態様は本発明を限定するものではなく説明するものである、ということであり、当業者は添付の特許請求の範囲から離れることなく他の多くの変更実施態様を想到することができる、ということである。特許請求の範囲では、括弧内に置かれた任意の参照符号は特許請求の範囲を限定するように解釈されるべきではない。動詞「含む」及びその関連用語は請求項に記載された要素又はステップ以外を除外するものではない。用語「１つの」はそれに続く要素が複数である場合を除外するものではない。

本発明は、いくつかの別々の要素を含むハードウェアの手段、及び適切にプログラムされたコンピュータの手段により実行され得る。いくつかの手段が列記された装置に関する請求項において、これらの手段はハードウェアの１つ及び同等物により実施され得る。

ある手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという事実は、これらの手段の組み合わせが有利には使用されない、ということを示すものではない。

Claims (15)

1. 炭酸飲料を製造するための飲料カーボネータであり、前記飲料カーボネータは：
   − ＣＯ_２発生ユニットを含み、これは光電気化学セルを含み、これは光の影響下で有機化合物を含む第１の液体中の有機化合物を、少なくともＣＯ_２へ変換してＣＯ_２含有ガスを製造し、
   − 圧力制御装置を含み、これは前記ＣＯ_２含有ガスを加圧するように構成され、及び
   − 混合チャンバを含み、これは前記ＣＯ_２含有ガスを加圧下で第２の液体内に混合して前記炭酸飲料を製造する、飲料カーボネータ。
2. 請求項１に記載の飲料カーボネータであり、前記光電気化学セルが、ナノＴｉＯ_２に基づく光電気化学セルである、飲料カーボネータ。
3. 請求項１又は２のいずれか１項に記載の飲料カーボネータであり、前記飲料カーボネータが電子部品を含み、かつ前記光電気化学セルが前記電子部品により要求される電気の少なくとも一部分を与えるように構成される、飲料カーボネータ。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の飲料カーボネータであり、前記電子部品により要求される電気の少なくとも一部分を与えるように構成される光源を含む、飲料カーボネータ。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の飲料カーボネータであり、前記光電気化学セルが膜を含み、これはアノード区画とカソード区画を設けるように構成され、前記膜がプロトン交換膜である、飲料カーボネータ。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の飲料カーボネータであり、さらに、ＣＯ_２貯蔵チャンバを含む、飲料カーボネータ。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の飲料カーボネータであり、さらに、投与ユニットを含み、これはさらなる化合物を前記第２の液体又は前記炭酸飲料に与えるように構成され、かつ前記さらなる化合物が好ましくは、着香剤、着味剤、着色剤、砂糖及びミネラルからなる群から選択される、飲料カーボネータ。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の飲料カーボネータであり、前記光電気化学セルが、Ｈ_２Ｏ_２もまた生成するように構成される、飲料カーボネータ。
9. 炭酸飲料を製造するための方法であり、前記方法は：
   第１の液体中の有機化合物を光電気化学的に少なくともＣＯ_２へ変換してＣＯ_２含有ガスを製造し、かつ加圧下で前記ＣＯ_２含有ガスを第２の液体中に混合して前記炭酸飲料を製造する、方法。
10. 請求項９に記載の方法であり、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の飲料カーボネータが適用される、方法。
11. 請求項９又は１０のいずれか１項に記載の方法であり、前記第１の液体が有機化合物として糖を含み、好ましくは１又はそれ以上のグルコース及びサッカロースである、方法。
12. 請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の方法であり、前記第の液体が水である、方法。
13. 請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の方法であり、さらに、光源の光を前記光電気化学セルに与えることを含む、方法。
14. 請求項９乃至１３のいずれか１項に記載の方法であり、さらに、前記ＣＯ_２含有ガスを加圧下貯蔵することを含む、方法。
15. 請求項９乃至１４のいずれか１項に記載の方法であり、前記方法がさらに、前記ＣＯ_２含有ガスを加圧下前記第２の液体に混合する前に、前記第２の液体をＨ_２Ｏ_２で処理することを含む、方法。

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