JP6031027B2 - 炭酸飲料製造装置及び炭酸飲料の製造方法 - Google Patents
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Description
(1)CO2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CO2へ変換してCO2含有ガスを生成し、
(2)前記CO2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CO2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CO2へ変換し得るセルである。
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。
C6H12O6 + 6H2O + 24h+ →CO2 + 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。
6O2 + 24H+ + 24e−→ 12H2O (3)
全反応は次式となる。
C6H12O6 + 6O2→6CO2 + 6H2O (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。
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。
C6H12O6 + 6H2O + 24h+→ CO2 + 12H+
12O2 + 24H+ + 24e−→ 12H2O2
C6H12O6 + 6O2→6CO2 + 12H2O2 (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。
他の実施態様では、前記CO2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。
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。
C6H12O6 + 6H2O + 24h+ →6CO2 + 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。
6O2 + 24H+ + 24e−→12H2O (3)
全体の反応は次式のようになる。
C6H12O6 + 6O2→6CO2 + 6H2O (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。
Claims (14)
- 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:
− CO2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CO2へ変換してCO2含有ガスを製造し、
− 圧力制御装置を含み、これは前記CO2発生ユニットで製造された前記CO2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、これは前記圧力制御装置で加圧された前記CO2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。 - 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TiO2に基づく光電気化学セルである、飲料カーボネータ。
- 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。
- 請求項3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。
- 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。
- 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、前記圧力制御装置で加圧された前記CO2含有ガスを貯蔵するCO2貯蔵チャンバを含む、飲料カーボネータ。
- 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。
- 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、H2O2もまた生成するように構成される、飲料カーボネータ。
- 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セルにより光電気化学的に少なくともCO2へ変換してCO2含有ガスを製造し、製造された前記CO2含有ガスを圧力制御装置により加圧し、かつ加圧下で前記CO2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。 - 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。
- 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む、方法。
- 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2の液体が水である、方法。
- 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。
- 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、前記圧力制御装置で加圧された前記CO2含有ガスを加圧下貯蔵することを含む、方法。
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