KR20180089387A - 가스 및 음료 및 탄산화 공정의 혼합을 위한 탄산화 덕트 - Google Patents

가스 및 음료 및 탄산화 공정의 혼합을 위한 탄산화 덕트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄산화 덕트(a carbonation duct) 및 탄산화 공정(a carbonation process)에 관한 것이다.
탄산화 덕트(1)는 압력 구조체(a compression structure)(13)를 둘러싸는 관형 구조체(a tubular structure)(12), 관형 구조체(12) 내부에 길이 방향으로 위치된 압력 구조체(13) 및 탄산화 덕트(1)를 따라 음료의 흐름을 위한 경로(a pathway)(14) 설정을 포함한다.
압력 구조체(13)는 탄산화 덕트(1)를 따라 수렴 경로(a convergence path)(8), 혼합 경로(a mixture path)(19) 및 감속 경로(a slowdown path)(20)를 순차적으로 정의하는 외부 직경(external diameters)(P, C, G)을 포함하며, 수렴 경로(8)에서, 탄산화 덕트(1)는 경로(14)에서 가스 주입을 위한 가스 유입부(a gas entry portion)(9)를 포함하고, 관형 구조체(12)는 탄산화 덕트(1) 혼합 직경(mixture diameter)(F)을 형성하는 터뷸레이션 돌출부(a turbilionating projection)(10)를 정의한다.

Description

가스 및 음료 및 탄산화 공정의 혼합을 위한 탄산화 덕트
본 발명은 탄산화 덕트(a carbonation duct) 및 탄산화 공정(a carbonation process)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 음료(a beverage)에서 가스 용해도(the gas solubility)를 증가시키는 탄산화 덕트 및 공정에 관한 것이다.
당 업계에서(in the art) 알려진 탄산화 공정 및 덕트는 음료에서 CO2 (이산화탄소) 부피를 일정하게 유지하기 위해 탄산화 탱크 (the carbonator tank) 내의 압력이 안정되도록 유지하는 것이 불가피하다.
이것은 당 업계에 알려진 공정 및 덕트에서 변수들 (i) 음료 온도(beverage temperature), (ii) 음료 유량(beverage flow rate), (iii) 탄화 덕트 가스 유입부에서의 CO2 유량(CO2 flow rate in the carbonation duct gas entry portion) 및 (iv) 탄산화 덕트 구조 구성(carbonation duct structural configuration)은 모두 음료에서 CO2 부피에 대한 균일한 값을 달성하기 위해 서로 관련되어 있다.
본 발명에서 제안 된 탄화 공정에서, 음료가 탄산화 탱크로 들어가고 탱크 내부 압력이 증가하기 시작하는 동안 (탱크 출력 밸브(the valve in the tank output)가 닫힌 것을 고려하여), 이러한 압력의 증가는 조절 밸브(a modulating valve)의 개방 비율(percentage of opening)을 제어함에 의해 탄산화 덕트의 CO2 유량 관리(제어 폐쇄(controlledly closing))에 의해 제어된다.
다른 한 편으로는, 제안된 공정에서 만약 탱크 내 압력이 감소하면, 이러한 압력의 강하(drop)는 탄산화 탱크에서 CO2 유량을 증가시킴에 의해 제어될 것이다.
다시 말해, 만약 탱크 내 압력이 증가하면, 조절 밸브는 닫힌다. (밴튜리 (the centuri) 내의CO2 유량이 줄어든다.) 종래의 기술(in the state of the art)에서 알려진 통상적인 공정(in the conventional process)에서, 탱크 내 압력이 증가할 때, CO2는 대기(the atmosphere)로 배출(expelled (vented))된다.
본 공정에서, CO2는 배출되지 않고, 탱크의 모든 압력 변화(all pressure variations)가 탄산화 덕트 및 탄산화 탱크의 CO2 유량 관리에 의해 즉시 보상된다.
추가적으로, 본원에서 제안된 탄산화 덕트는 가스 유입부에 인접한 영역에서 음료와 CO2 사이의 효율적인 난류(turbulence)를 제공하는 터뷸레이션 돌출부(a turbilionating projection)를 사용한다.
당 업계에 알려진 덕트는 CO2 및 음료 혼합(mixture (blending))을 위한 고압 영역을 생성하기 위해 고압 펌프를 사용한다. 추가로, 이러한 덕트는 음료 충전 공정(the beverage filling process)을 비효율적으로 만들어 매우 저어주는 음료(a very stir beverage)(교반(agitated))을 초래하는 바람직한 CO2 부피를 달성하기 위해 여러 단계를 요구하는 탄산화 공정을 제공한다.
추가로, 당 업계에 알려진 탄산화 덕트는 병 목(a bottle neck)과 같이 덕트의 영역을 감소시킨다. 본 발명에서, 덕트의 영역은 음료와 가스 사이의 접촉 영역을 증가시키는 덕트 내의 스테인레스 고체 본체(a stainless solid body)의 증가에 의해 감소된다.
만약 음료 유량이 일정하게 유지되고 탄산화 덕트의 영역이 줄어들면, 음료의 속도는 줄어든 영역(the reduced area)을 통하여 통과할 때 증가한다. 따라서, 만약 운동 에너지(the kinetic energy)가 증가하면, 압력 값에 의해 결정되는 에너지는 상당히 감소한다.
이 압력의 강하는 본 발명에서 제안된 줄어든 탄산화 덕트의 줄어든 영역에서 진공(vacuum)을 발생시킨다. 이 원리(principle)는 덕트에 CO2를 도입하기 위해 제안된 탄산화 덕트에서 사용된다.
비록 이 압력의 강하가 가스와 음료 사이의 혼합을 선호할지라도, 이러한 혼합을 개선하고 공정에서 높은 효율을 보장하기 위해, 본원에 제안된 탄산화 덕트는 덕트의 줄어든 영역에서 터뷸레이션 돌출부를 추가로 사용한다.
제안된 탄산화 덕트의 주요 이점들 중의 하나는 탄산화 덕트 입구(entry)와 출구(exit) 사이의 압력 차(the pressure difference)가 10% 그리고 20% 범위에 있다는 사실에 있다. 이것은 덕트 입구에서 2,0 kg/cm2의 압력이 덕트 출구 부분에서 1,8 kg/cm2 (최소 감소)로 단지 1,6 kg/cm2 (최대 감소)로 감소할 것이라는 것을 의미한다. 종래의 기술에 알려진 종래의 덕트에서, 이 압력 차는 50%에 도달할 수 있다.
추가로, 제안된 탄산화 덕트의 효율은 종래의 기술에서 알려진 일부 탄산화 공정 및 시스템에서 요구되는 바와 같이, 탄산화(the carbonation) 후 균질화 공정(a homogenizing processes)의 사용이 요구되지 않는다.
또 다른 탄산화 덕트의 이점은 CO2 소모(consumption)를 최소화 하면서 물에 최적의 CO2 용해(dissolution)를 허용한다는 것이다.
추가적으로, 제안된 탄산화 덕트는 음료에 용해되는 가스 운동 에너지(the gas kinetic energy)에 대하여 매우 낮은 충격(a very low impact)을 발생시킨다. 따라서, 음료 충전 시에 거품 발생(the beverage foaming)을 최소화 한다.
본 발명에서 제안된 탄산화 덕트의 또 다른 이점은 탄산화 공정에서 가스 유량을 제어하기 위해 유량계(a flow meter)가 요구되지 않으므로 탄산화 공정 효율(the carbonation process efficiency)이 달성된다.
추가로, 제안된 탄산화 공정은 그 내부에 임의의 링(rings), 플레이트(plates), 또는 임의의 다른 장비(any other equipment)를 포함하지 않는 탄산화 탱크를 사용한다. 청구 된 공정은 가스 가용화(the gas solubilization)에 도달하기 위해 단지 탄산화 탱크만 사용한다.
추가적으로, 청구된 공정에서 음료에서 용해되지 않은 가스가 공정에서 다시 사용되도록 회수되기 때문에 가스 배출(venting of gas)이 없다.
탄산화 덕트는 탄산화 음료(the beverage carbonating)를 제공하기 위해 필요한 진공을 발생시키기 위해 덕트로 들어가는 음료 속도(the beverage velocity)를 추가로 사용하기 때문에, 가스 유입부에서 가스 압력이 상대적으로 낮다.
청구 된 공정은 가스 부피를 증가 또는 감소시키기 위해 음료 재순환의 가능성(the possibility of recirculating)을 추가로 제공한다.
추가적으로, 본원에 제안된 공정으로, 만약 음료 온도가 증가하면, 보상된 압력 (음료에 원하는 부피의 가스를 만들기 위해 요구되는 압력)이 증가하고, 및, 음료 내 가용화 된CO2의 부피를 일정하게 유지하기 위해, CO2는 탱크에서 더해질 것이다.(탱크의 압력 증가)
대안적으로, 만약 음료 온도가 감소하면, 보상된 압력의 값 또한 줄어들고, 음료 내 원하는 양의 가스를 유지하기 위해 탄산화 덕트 내 CO2 유량은 줄어들 것이다.
위에서 언급한 보상으로, 공정은 보상된 압력의 값을 탄산화 탱크의 내부 압력과 같아질(equalize) (균등하게(making equal))것이다.
종래의 기술에서 알려진 종래의 공정에서, 보상된 음료 온도 변화는 CO2가 배출되지 않는, 제안된 공정에서 발생하지 않는 CO2를 대기로 배출함으로 수행된다.
본 발명의 제 1 목적은 음료에서 가스 용해도(the gas solubility)를 증가시키는 탄산화 덕트를 제공하는 것이다.
제 2목적은 공정의 단계 동안 가스의 손실(the gas losses)을 줄이는 탄산화 공정을 제공하는 것이다.
제 3 목적은 음료와 가스 사이의 혼합을 증가시키는 가스 유입부 및 음료 유입부를 위한 구조적 구성(a structural configuration)을 제공하는 것이다.
추가적인 목적은 탄산화 덕트에서 종래 기술의 해결책과 비교할 때, 증가된 가스 용해성(gas dissolvability)을 달성하기 위한 소용돌이 벽(a whirl wall)을 포함하는 터뷸레이션 돌출부(a turbilionating projection)를 제공하는 것이다.
본 발명의 추가적인 목적은 3개의 잘 정의된 부분(three well defined portions)을 갖는 탄산화 덕트를 제공하는 것이다.
추가적인 목적은 탄산화 덕트로 들어가는 CO2 유량 및 탄산화 탱크로 들어가는 CO2 유량을 제어함에 의해 탄산화 탱크에서 압력의 변화(the variation of pressure)를 보상(compensates)하는 탄산화 공정을 제공하는 것이다.
추가적인 목적은 탄산화 덕트로 들어가는CO2 유량 및 탄산화 탱크로 들어가는 CO2 유량을 제어함에 의해 음료 온도의 변화(the beverage temperature)를 보상하는 탄산화 공정을 제공하는 것이다.
추가로, 또 다른 목적은 탄산화 탱크에서 압력의 변화(variations of pressure) 및 추가로 음료 온도의 변화(variations of the beverage temperature)를 보상하기 위해 CO2를 대기로 배출하지 않는 탄산화 공정을 제공하는 것이다.
추가적인 목적은 탄산화 탱크 및 탄산화 덕트에 더해지는 CO2 유량을 관리함에 의해 가용화 된(solubilized) CO2의 부피를 일정하게 유지시키는 탄산화 공정 및 탄산화 덕트를 제공하는 것이다.
추가적인 목적은 음료에서 CO2의 부피를 증가 또는 감소시키기 위해 탄산화 탱크에서 탄산 음료(the carbonated beverage)를 재도입하는 탄산화 공정을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 가스 및 음료를 블랜딩 하기 위한 탄산화 덕트에 도달하며:
관형 구조체(a tubular structure) 내부에 길이 방향으로 위치되고 탄산화 덕트를 따라 음료가 흐르는 통로를 설정하는 압축 구조체(the compression structure)를 둘러 쌓는 관형 구조체.
압축 구조체(the compression structure)는 탄산화 덕트를 따라 수렴 경로(a cinvergence path), 혼합 경로(a mixture path) 및 감속 경로(a slowdown path)를 정의하는 외경을 포함하며, 수렴 경로에서, 탄산화 덕트는 통로에서 가스 주입(gas injection)을 위한 가스 유입부를 포함한다. 관형 구조체는 탄산화 덕트 혼합물 직경을 설정하는 터뷸레이션 돌출부(a turbilionating projection)를 정의한다.
본 발명은 다음과 같은 바람직한 실시 예에 따라 예시된다.
도 1은 본 발명에서 제안 된 탄산화 덕트를 나타내는 블록 선도(a block diagram)를 도시한다.
도 2는 본 발명에서 제안 된 탄산화 덕트의 단면도(a cross sectional view)를 도시한다.
도 3은 탄산화 덕트의 외부 구조의 단면도를 도시한다.
도 4는 탄산화 덕트의 내부 구조의 단면도를 도시한다.
도 5는 탄산화 덕트의 수렴 경로(convergence path)의 단면도를 도시한다.
도 6은 탄산화 덕트의 수렴 경로의 추가 단면도를 도시한다.
도 7은 탄산화 덕트로 들어가는 가스 흐름(the gas flow)을 예시하는 제안된 탄산화 덕트의 단면도를 도시한다.
도 8은 본 발명에서 제안된 탄산화 덕트의 가스 유입부(the gas entry portion)의 사시 단면도(a perspective cross sectional view)를 나타낸다.
도 9는 제안된 탄산화 덕트가 사용되는 탄산화 시스템을 나타내는 대표도(a representation)이다.
바람직한 실시 예의 상세한 기술
도 1은 본 발명에서 제안된 탄산화 덕트(1)을 나타내는 블록도이다.
제안된 탄산화 덕트(1)는 음료에서 기체 용해도(gas solubility)를 제공하기 위해 사용된다. 음료에 의해, 이것은 임의의 마실 수 있는 액체의 종류로 이해될 수 있고, 탄산화 덕트에 사용되는 가스는 바람직하게는 이산화탄소(carbon dioxide (CO2))이다. 도 1을 참조하면, 탄산화 덕트(1)가 탄산화 탱크(a carbonator tank)(21)에 연결되어 있음을 알 수 있다.
탄산화 덕트(1)의 길이는 탄산화 될 필요가 있는 음료의 양 (유량) 으로부터 의존하는 직경에 따라 결정되어야 한다. 다시 말해, 음료 유량은 탄산화 덕트 길이를 결정하는 탄산화 덕트(1) 직경을 결정한다. 탄산화 덕트(1) 직경은 이하(hereafter)에서 유동성 직경(flowability)(K)으로 기술할 것이다.
아래의 표는 도 2를 참조하여 탄산화 덕트 (1)의 길이, 유동성 직경(the flowability diameter)(K) 및 탄산화될 필요가 있는 최대 음료 유량 사이(the maximum beverage flow rate)의 관계를 나타낸다:
(음료 유량)(m3/h) (유동성 직경)(mm (inches)) (탄산화 덕트의 길이) (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
탄산화 덕트(1) 구조적 구성에 관하여, 도 2는 덕트(1)의 바람직한 실시 예의 단면도(a cross sectional) 이다. 더 나은 이해를 위해, 제안된 덕트(1)은 잘 정의된 3개의 주요 부품, 수렴 경로(a convergence path)(8), 혼합 경로(a mixture path)(19) 및 감속 경로(a slowdown path(17)로 분할(segmented) 될 것이다.
도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 제안된 바와 같은 탄산화 덕트(1)는 압축 구조체(a compression structure)(13)와 연관된(associated) 관형 구조체(a tubular structure)(12) (중공 실린더(a hollow cylinder) 또는 임의의 다른 적합한 단면)를 포함하고, 이러한 연관성은 용액, 즉 가스 가 있는(혼합 경로(19) 및 감속 경로(17)) 또는 가스가 없는(수렴 경로(8)) 음료의 유동을 위한 경로(a pathway)(14)를 설정한다.
특히, 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 압축 구조체(13)는 관형 구조체(12)에 의해 둘러 쌓여 있고, 구조체(12) 내부에 길이 방향으로 위치되어 있다. 추가로, 수렴 경로(8)의 길이(L1)는 도 2에서보다 더 잘 볼 수 있는 바와 같이, 관형 구조체 내부 직경(K) (유동성 직경(K))과 동일하다.
탄산화 덕트(1)는 수렴 통로(8)에 배치된 음료 유입부(5)를 추가로 포함한다. 이러한 음료 유입부(5)는 도 2에서 가장 잘 보일 수도 있다. 혼합 경로(19)에 더 가깝게, 유입부(5)의 통로(14)의 영역은 음료의 유동을 위한 깔때기 형 통로(a funnel shaped passage)를 구성하여 감소한다.
이러한 구성을 달성하기 위해, 탄산화 덕트(1)는 압축 구조체(13)의 방향으로 관형 구조체(12)로부터의 터뷸레이션 돌출부(10)를 포함하고, 이러한 돌출부(protuberance)는 관형 구조체(12)로부터 내면(inwardly)으로 돌출하는 평면 경사로(a planar ramp)로서 구성된다.
터뷸레이션 돌출부(10)는 가스 및 음료 혼합을 강화하도록 구성된 소용돌이 벽(a whirl wall)(27)을 추가로 포함한다. 탄산화 덕트(1)의 바람직한 실시 예에서, 소용돌이 벽은 오목한 표면(a concave surface) 으로 구성되고, 바람직한 소용돌이 벽 깊이(whirl wall depth)(H)는 1.3mm이다. 추가로 소용돌이 벽 반경 R1은 바람직하게 4.5mm 이다. 소용돌이 벽(27)은 도 5 및 6에서 더 잘 보일 수 있다.
소용돌이 벽(27)은 혼합 통로(19) 및 특히 가스 유입구(9)에 인접한 영역에 난기류 효과(a turbulence effect)를 발생시키기 위해 구성된다. 이러한 난기류는 가스 용해성(용해 용량)의 증가를 허용하며(7% 이상), 구체적으로, 이러한 증가는 음료가 가스와 접촉함에 따라 음료 가속(beverage acceleration) 및 분무화(atomization)로 인해 발생한다.
추가로, 제안된 소용돌이 벽 반경 R1은 통로가 가장 좁은 영역에서 음료 및 압축 구조체(13)의 접촉 영역이 최소이기 때문에 혼합 경로(19) (특히 가스 유입 부(9)에 인접한 영역)의 압력 강하를 감소시킨다.
추가적으로, 소용돌이 벽 R1반경은 도 7에 나타난 것과 같이 음료 유동(the beverage flux)을 향하여 가스 유동을 허용하여, 수직 가스 유동 유입(the perpendicular gas flow entry)을 피하고 따라서 위에서 기술된 바람직한 효율 수준을 달성한다.
도 5를 참조하면, 위에서 언급된 구성 요소를 예시하는 수렴 경로(8)의 단면도를 나타낸다. 음료 유입부(5)는 음료의 유동을 허용하는 관형 구조체(12)와 압력 구조체(13) 사이의 영역으로 이해될 수 있다.
탄산화 덕트(1) 내의 음료의 적절한 유입을 위해, 도 5에 따라 볼 수 있는 바와 같이, 편향 각도(a deviation angle)(A)가 압축 구조체(13)에 설정된다.
편향 각도(A)는 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 내부 축(an internal axis)(X)으로부터 통로(14)를 형성하는 압축 구조체의 표면까지 측정된다
편향 각도(A)는 음료 유량에 종속적이지 않으며, 탄산화 덕트(1)의 바람직한 실시 예에서, 편향 각도(A)는 대략 8°의 바람직한 값을 취한다. 명백하게, 이러한 값은 편향 각도에 대한 다른 크기가 사용될 수 있기 때문에, 예를 들어, 5° 내지 10°의 범위가 수용 가능하기 때문에 단지 바람직한 값을 나타낸다.
여전히 수렴 경로(8)와 관련하여, 이것은 유동 직경(the flowability diameter)(K)의 값인 0.85인 바람직한 최대 직경(a maximum preferred diameter)(P)을 포함한다. (P=K*0.85)
도5로부터, 그리고 이미 언급한 것과 같이, 수렴 통로(8)는 탄산화 덕트(1)의 관형(12)에서부터 압축 구조체(13)까지의 터뷸레이션 돌출부(10)를 포함하는 것을 볼 수 있다.
터뷸레이션 돌출부(10)는 음료의 유동을 위한 수렴 각도(a convergence angle)(B)를 정의하고, 특히, 수렴 각도(B)는 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 압축 구조체(13)의 내부 축(X)으로부터 통로(14)를 정의하는 터뷸레이션 돌출부(10)의 표면까지 측정된다.
각도(B)는 수렴 각도(B)에 의해 경계가 정해진 영역에서 흐를 때, 음료 유동 속도(the beverage flow speed)와 음료 압력의 강하(the drop of the beverage pressure) 사이의 균형을 설정한다.
탄산화 덕트(1)의 바람직한 실시 예에서, 수렴 각도(B)는 13°의 값을 취한다. 편향 각도(A)와 같이, 이는 수렴 각도(B)에 대한 바람직한 값이며, 8° 내지 15°의 범위가 허용될 수 있다.
터뷸레이션 돌출부(10)는 도 2에서 더 잘 볼 수 있듯이, 탄산화 덕트 혼합 직경(F)을 형성한다. 돌출부(10)의 적절한 구성을 위해, 혼합 직경(F)은 관형 구조체 유동성 직경(the tubular structure flowability diameter)(K)보다 16밀리미터(mm) 작아야 하며, 0.1 mm의 공차가 인정될 수 있다.
통로(14)의 영역의 증가로 인해 음료의 난류가 달성되기 때문에, 관형 구조체 직경(K)과의 16mm 차이는 수렴 각도(B)에 대한 정확한 구성을 허용한다.
그 난류는 음료가 터뷸레이션 돌출부(10)에 의해 경계가 정해진 영역을 빠져나가고, 혼합 경로(19)로 유입하기 때문에 발생한다. 이러한 난류는 음료에서 발생되는 확장으로 인해 음료와 가스 사이의 고속 혼합을 허용한다.
혼합 경로(19)에서, 압력 구조체(13)의 직경은 혼합 경로(19)의 목적이 벤튜리 개념을 따르는 음료 압력에서 결정된 강하(a determined drop)를 설정하는 것이기 때문에 혼합 직경(the mixture diameter)(F)에 직접 의존해야 한다. 도 2에서, 내부 구조의 직경은 혼합 경로 직경(a mixture path diameter)(C)에 의해 나타나진다.
바람직하게는, 직경 C와 F사이(C/F)의 비는 0.65와 0.75 사이여야 한다. (0.1mm의 공차) 이 바람직한 범위에서, 탄산화 공정은 0.75보다 큰 값의 경우, 압력 강하가 상당히 높을 것이기 때문에 높은 효율을 나타낸다.
0.65보다 작은 값의 경우, 수렴 경로(8) 및 특히 터뷸레이션 돌출부(10) 에서 음료 유량은 만족스러운 수준의 진공 (또는 부압(negative pressure))을 발생시키는데 충분하지 않을 것이다.
직경 C 및 F 사이의 비는 터뷸레이션 돌출부(10)(탄산화 덕트의 목(neck))를 통과할 때 음료 유량 속도 증가시키는 목적을 가지며, 추가로 제안된 비는 이것이 터뷸레이션 돌출부(10)의 영역에서 유동하는 압력의 음료 강하와 발생된 진공(또는 부압)의 수준 사이의 최적의 관계를 설정한다.
혼합 경로(19)의 길이(L2)는 미리 결정된 일정 시간(유지 시간) 때문에 음료 가속을 유지하고 음료에 적절한 가스 부피를 설정해야 한다. 바람직한 실시 예에서, 유지 시간은 약 40 밀리 초(ms)이다.
40ms의 유지 시간 및 음료 유량을 알면, 혼합 경로(19)의 길이(L2)는 다음과 같이 경로(14) 영역과 관련하여 결정될 수 있다.
길이(L2) = (유량 * 유지시간) / 영역
도 2를 참조하면, 혼합 경로(19)에서, 경로(14)의 영역은 일정하게 유지되고 다음에 의해 결정된다.
영역 = 직경 K - 직경 C
영역 = π * r 2
유동성 직경(K)이 음료 유량과 탄산화 덕트(1) 길이에 의존하는 것을 기억하는 것이 유효하다.
도 2와 관련하여, 탄산화 덕트(1)는 혼합 경로(19)에 인접한 감속 경로(17)을 추가로 포함하는 것을 볼 수 있다. 감속 경로(17)와 혼합 경로(19) 사이의 경계 부분(the border portion)은 접합 축(a junction axis)(18)에 의해 정의된다.
접합 축(18)으로부터, 및 감속 경로(17)를 따라 시작하여, 경로(14)의 영역이 점차적으로 증가한다. 이 증가의 목적은 탄산화 덕트(1) 에서 음료 유동의 점진적인 감속을 달성하는 것이다.
순간적인 감속(an instantaneous slowdown)은 음료에 용해되는 가스에서 운동 에너지를 증가시켜, 갑작스러운 가스 배출을 유발할 수 있다. 압력 구조체(13) 및 관형 구조체(12)의 구조적 구성은 9°의 최대값을 취하는 발산 각도(a divergence angle)(D)를 설정한다. 4. 5°의 최소값이 받아들여지고, 따라서 해당 범위 내의 임의의 각도를 사용할 수 있다.
도 8은 본 발명에서 제안된 탄산화 덕트(1)의 가스 유입부의 사시 단면도를 나타낸다. 가스 유입부(9)는 통로(14)에 인접하여, 특히, 경로(14)의 가장 작은 영역을 포함하는 탄산화 덕트(1)의 영역에 배치되는 것을 볼 수 있다.
가스 유입부(9)를 참조하면, 부분(9)에서 가스 유량은 시스템에 의해 요구되는 가스 유량을 허용해야 한다.
예를 들어, 가스 유입부(9)에서 0.7 MPa (7 bar)의 가스 압력을 고려할 때, 최대 허용 압력 강하(the maximum admissible pressure drop)는 "돌출의 압력"의 약 1.5%가 되어야 하므로, 최대 허용 압력 강하는 0.01MPa (0.1 Bar)이다.
최대 허용 압력 강하를 알면, 최소 가스 유입부 영역은 다음 구성 요소를 참조하여 결정될 수 있다. :
탄산화 덕트(1) 및 탄산화 시스템의 최대 음료 유량: QMAX
음료에서 가스의 최대 부피: VCO2MAX.
이것은 음료에 희석되어야 하는 가스의 최대 부피와 탄산 음료 부피와 대기압에서 용해된 가스 부피 사이의 관계를 나타낸다. 3부피의 CO2에서 100cm3의 병은 300cm3의 CO2가 대기압에서 용해되어야 한다.
최대 가스 유량: QGMAX.
이는 최대 음료 유량 QGMAX 에 따라 음료에 용해 되어야 하는 최대 가스 부피에 의존하는 최대 가스 소비율(the maximum gas consumption)을 나타낸다. 다시 말해, QGMAX = VCO2MAX * QMAX이다.
탄산화 덕트(1)의 최대 압력: PMAX
음료에서 용해된 가스의 양을 증가시키기 위해, 압력이 증가 할 때, 유입부(9)에서 흐르는 가스 부피 또한 증가하기 때문에 가스 유입부(9)에서 가스 압력을 증가시킬 필요가 있다.
가스 유입부(9)의 내부 직경은 달시-웨스바치(Darcy-Weisbach) 표현을 사용하여 달성될 수 있다.
Figure pct00001
여기서
l: 덕트 길이(m); d:덕트 내부 직경; v: 공기 속도
Figure pct00002
p: 압력 강하; μ: 마찰 계수; ρ: 밀도(kg/m3) 이다.
"돌출의 압력(pressure of project)"이 0.7MPa (7 bar)이므로,
Figure pct00003
p의 값은 0.01 MPa (0.1 Bar) (7 Bar의 1.5%)이다. VCO2MAX는 6(탄산화 음료 부피와 대기압에서 용해된 가스 부피 사이의 관계)으로 설정할 수 있다.
탄산화 덕트(1)의 최대 음료 유량(QMAX)은 101.6mm(4인치)덕트를 고려하여 결정되고, 수행된 실험을 통해 0.75m3/min의 QMAX에 도달됐다. 그래서, 4.5m3/min의 최대 가스 유량 (QGMAX)이 달성된다. 추가로, 0.3미터의 길이가 사용된다.(도 1의 참조 39로 표시된 탱크(21)를 덕트(1)에 연결하는 튜브(tube))
달시-웨스바치(Darcy-Weisbach) 표현에 의해, 최소 지름 14.2mm가 달성되고, 결과적으로, 158.28mm2의 면적이 결정된다.
면적을 알면, 가스 유입부(9)의 높이는 다음과 같이 결정될 수 있다.
면적 = 158.28mm2 및 둘레 = 직경 K * π. 따라서, 가스 유입부(9) 높이는 0.57mm와 동일하다.
가스 유입부(9) 높이는 압축 구조체(13)와 압축 구조체(13)에 터뷸레이션 돌출부(10)의 가장 가까운 지점 사이의 치수이다 (덕트(1)에서 CO2의 유입부는 환형(an annular)으로 발생한다.).
탄산화 덕트(1)에 대한 바람직한 실시 예를 기술했지만, 음료에서의 가수 용해도를 증가시키고 가스 손실을 감소시키는 탄산화 공정의 단계가 기술될 것이다.
본 발명에서 제안된 탄산화 공정을 더 잘 이해하기 위해, 도 9는 참조도로써 사용될 것이다. 이러한 도면에서, 주요 구성 요소는 전에 기술된 탄산화 덕트(the carbonation duct)(1), 탄산화 탱크(the carbonator tank)(21), 증발기(an evaporator)(30) 및 복수의 밸브(a plurality of valves)(31, 32, 33, 34, 35 및 37)이며 이들의 작동은 순서대로 보다 더 잘 기술될 것이다.
추가로, 제안된 탄산화 공정은 보상 압력 (a compensated pressure) (PC) 및 탄산화 탱크 압력(a carbonator tank pressure)(PR)두 개의 주요 용어를 참조할 것이다.
보상 압력(PC)은 음료에서 요구되는 가스 부피를 달성하기 위해 요구되는 압력이다. 이러한 보상 압력(PC)은 탄산화 공정 수행의 책임 있는 사용자에 의해 결정된다.
탄산화 탱크 압력(PR)은 탄산화 탱크(21)에서 측정된 실제 압력이다.
기본적으로, 본원에 제안된 탄산화 공정은 변조 밸브(31) (따라서 탄산화 덕트(1)에 들어가는 CO2유량을 제어함)의 동작을 단지 제어함에 의해, 그리고 탄산화 탱크(21)로 들어가는 CO2 유량을 제어함에 의해 탄산화 탱크 압력(PR) 변화 및 보상 압력(PC) 변화를 보상한다.
그래서, 제안된 공정에서, 그리고 종래 기술의 가르침과는 다르게, CO2가 대기로 배출되지 않는다.
추가로, 제안된 공정에서, 탄산화 덕트(1) 및 탄산화 탱크(21)에 들어가는 CO2 유량의 제어로 인해, 공정은 보상 압력(PC)의 값을 탄산화 탱크 압력(PR)의 값과 항상 동일하게 하는 것을 목표로 한다.
보상 압력(PC)에 관련하여, 공정 중에 영향을 줄 수 있는 유일한 요인은 음료 온도이다. :
보상으로 인한 온도 변화
음료 온도는 탄산화 시스템(the carbonation system)에 유입되기 전에 제어되어야 한다. 도 9에서 볼 수 있듯이, 증발기(30)는 음료 온도를 관리하기 위해 사용된다.
탄산화 덕트(1)의 입구에서 바람직한 음료 온도는 4이다. 이 값은 탄산화 공정에서 더 큰 효율을 제공한다.
하지만, 만약 임의의 이유로 음료 온도가 탄산화 덕트(1)에 유입되기 전에 변화 (증가 또는 감소) 하면, 제안된 공정은 아래에 기술될 바와 같이 자동으로 이러한 변화를 보상한다.
음료 온도가 4 ℃이고 탄산화 공정이 정상적으로 수행되는 시나리오를 고려하여, 보상 압력(PC)의 값은 탄산화 탱크 압력(PR)의 값과 같다.
만약 음료 온도가 탄산화 공정 동안 증가하면, 이러한 증가는 또한 보상 압력(PC)의 값을 증가시킬 것이지만 탄산화 탱크 압력(PR)의 값에는 영향을 주지 않을 것이다. 따라서, 이 시나리오에서, PC는 PR보다 크다.
그래서, 이러한 변화를 보상하기 위해, 제안된 공정은 두 압력이 같아질 때까지 CO2를 탄산화 탱크(21)로 자동으로 더한다. 다시 말해, CO2 제어 밸브(32)는 개방되고 탄산화 탱크 압력 (PR)은 보상 압력(PC)과 같아질 것이다. CO2제어 밸브는 음료 온도의 증가에 따라 비례하여 개방될 것이다.
최적의 시나리오(an optimal scenario), 즉, 보상 압력(PC) 과 탄산화 탱크 압력(PR)이 같을 경우(PR = PC = 4 kg / cm2), CO2 제어 밸브(the CO2 control valve)가 닫혀야 하는 것을 언급하는 것은 중요하다. 탱크(21)에 CO2를 더하는 것에 의해, 탄산화 탱크 압력(PR)의 값은 증가할 것이고, 따라서 보상 압력(PC)의 값과 같아진다. (동일하다.)
만약, 임의의 이유로, 음료 온도가 감소하면, 이러한 감소는 또한 보상 압력(PC)의 값을 감소시키지만 탄산화 탱크(PR)는 영향을 받지 않을 것이다.
이러한 변화를 보상하기 위해, 탄산화 덕트(1)에서 더해지는 CO2 유량은 감소해야 하고, 따라서, 조절 밸브(31)는 닫혀야 한다. (개구부의 비율이 감소한다.)
아래의 표는 음료 온도의 감소 및 따라서, 보상 압력(PC)의 값의 감소를 고려한 개구부의 조절 밸브 비율(the modulating valve percentage of opening)의 바람직한 값을 도시한다.
보상 압력 값 P C (Kg/cm 2 )
(4kg/cm 2 의 탱크의 압력(P R )을 고려)
개구부의 조절 밸브 %
4,0 80
3,9 76
3,8 72
3,7 70
3,6 65
조절 밸브(the modulating valve)(31)의 개방 비율의 감소와 함께, 탱크PR의 압력은 요구되는 시나리오에서 공정을 설정하는 보상 압력PC와 같아질 것이다.
탄산화 덕트(1) 구조적 구성이 요구되는 음료 보틀링(beverage bottling)에 따라 결정되고, 그리고, 탄산화 덕트(1) 직경이 일정하게 유지(직경(C))되기 때문에 탄산화 덕트(1) 유입구 (음료 유입부(5))에서 음료 유량은 유지되어야(일정) 한다.
만약 음료 유입부(5)에서 음료 유량의 변화가 작으면, 탄산화 덕트(1)의 진공은 비례하여 감소 또는 증가할 것이다. 이러한 진공의 변화는 CO2 유량이 탄산화 덕트(1)에서 증가 또는 감소하기 때문에 음료 및 가스의 혼합에서 작은 보상을 허용한다.
만약 음료 유량이 상당히 감소하면, 탄산화 덕트(1)의 음료는 터뷸레이션 돌출부(10)에 의해 유동함에 따라 난류가 달성되지 않을 것이다. 추가로, 바람직하지 않은 음료 유량으로, 가스 유입부(9)에 진공이 없게 될 것이고, 따라서 탄산화 공정이 일어나지 않을 것이다.
공정을 시작하기 위해서, 보상 압력(PC) 값이 설정된 후, 탄산화 탱크(21)에 요구되는 양의 CO2를 더할 필요가 있고, 이를 위해, CO2 제어 밸브(32)가 개방되어야 하고 그런 후 음료가 탱크(21)에 더해져야 한다.
전에 언급되었듯이, 제안된 공정에서 보상 압력(PC)는 항상 탱크(21) (탄산화 탱크 압력(PR))에 측정된 압력과 같아야 한다.
탱크(21)(탄산화 탱크 압력(PR))의 압력이 도 9에서 참조33으로 표시된 탱크(21)의 상부 부분에서 바람직하게 측정되는 것을 언급하는 것은 중요하다. 압력(PR)은 도 9에 개시된 시스템 근처에 배치된 제어 패널(a control panel)(38)에 도시될 수 있다. 칸막이(a compartment)의 압력을 측정하는 기술 분야에서 알려진 임의의 방법이 사용될 수 있다.
탱크(21)에 음료를 더하기 위해서, 음료 제어 밸브(34)는 개방되어야 한다. 음료가 증발기(30)을 통해 통과하기 때문에, 이것의 온도는 감소하고 4°C 에 도달한다(바람직한 온도).
음료 제어 밸브(the beverage control valve)(34)가 개방될 때, 밴튜리 밸브(the venturi valve)(35) 및 조절 밸브(the modulating valve)(31)은 탄산화 덕트(1)의 가스 유량을 제어하기 위해 80% 개방을 유지해야 한다. 추가로, 음료가 탄산화 탱크(21)에 유입될 때, 탄산화 덕트(1)에 의해 CO2를 가용화 한다.
탄산화 탱크(21)에 단지 CO2가 더해지도록 보장하기 위해, 벤튜리 밸브(35)는 탱크(21) 높이의 90%에 위치된다. 만약 이러한 밸브(35)가 이 수준 위에(또는 심지어 탱크(21) 외부) 위치되면, 공기가 CO2보다 가볍기 때문에 탄산화 탱크(21)에 공기가 더해질 가능성이 생길 것이며, 이것은 탄산화 탱크(21)의 상부 부분에 배치된다.
탄산화 탱크 압력(P R ) 변화로 인한 보상
탱크(21)로의 음료의 유입은 따라서 탄산화 탱크 압력(PR)을 증가시켜, 보상 압력(PC)보다 크게 만든다.
이러한 증가가 덕트(1)의 CO2 유량에 영향을 미치지 않기 위해, 그리고 추가로 탱크(PR)의 압력과 보상 압력(PC)을 같게 하기 위해, 조절 밸브(31)는 별개의 압력(at distinct pressure)에서 CO2 진동과 관련된 표현(an expression)에 따라 점진적으로 닫힌다.
아래의 표는 4 kg/cm2의 보상 압력을 고려하여 탄산화 탱크 압력(PR) 및 조절 밸브(31) 개방(예시 값)의 대응하는 바람직한 비율에 대한 바람직한 값을 나타낸다.
볼 수 있는 바와 같이, 그리고 이미 언급된 바와 같이, 탱크(PR)의 실제 압력이 증가함에 따라, 조절 밸브(31)의 개방율은 감소한다(밸브가 닫힌다.). :
탄산화 탱크 압력(P R ) (Kg/cm 2 )
(4kg/cm 2 의 보상 압력(P C )을 고려)
조절 밸브 (31) (개방율%)
4 80
4,3 76
4,7 71
5 68
5,1 62
5,3 58
조절밸브(31)가 닫혀짐에 의해, 탄산화 탱크 압력(PR)은 보상 압력(PC)와 같아질 것이다.
공정이 음료에서 CO2를 용해시키기 때문에, 탄산화 탱크 압력(PR)은 보상 압력(PC)이 영향을 미치지 않는 동안 감소하기 시작할 수도 있다.
이러한 압력 강하를 보상하기 위해, CO2 제어 밸브(32)는 탱크(21)가 최소 허용 가능한 압력(minimum allowable pressure)에 도달하는 것을 피하기 위해, 그리고 또한 덕트(1)의 CO2 유량을 관리하기 위해 개방될 수도 있다. 다시 말해, 탱크(21)에서 더해지는 CO2 유량은 증가되어야 한다.
이미 언급된 바와 같이, 보상 압력(PC)이 탄산화 탱크 압력(PR)과 동일해지므로, CO2 제어 밸브(32)는 닫혀야 한다. 따라서, 만약 탱크(PR) 내부 압력이 감소하면, CO2 제어 밸브(32)는 탱크(PR) 압력 감소에 따라 비례하여 개방될 것이다.
탱크(21)의 CO2 첨가는 탄산화 탱크 압력(PR)을 증가시킬 것이고, 따라서 압력(PR)이 보상 압력(PC)와 동일해진다. 두 압력이 동일해 질 때, CO2 제어 밸브(2)는 다시 닫힐 것이다.
만약 탄산화 탱크 압력(PR)의 값에서 급격히 압력 강하가 발생하면, 압력PR이 값 10% (이 경우 3.6 Kg/cm2)에 도달하면, 공정은 또한 보상 압력(PC)과 더 빨리 동일하게 하기 위해 조절 밸브(31)의 개방 비율을 증가시킬 수도 있다.
3,6 Kg/cm2 보다 작은 값 (압력 강하가 10%보다 큰 경우)인 경우, 탄산화 공정은 즉시 중단되어야 한다. 이러한 의미에서, 탄산화 탱크 압력(PR)의 압력이 현저히 또는 급격히 강하할 때, 조절 밸즈(31)는 CO2 제어 밸브의 지지체(a support)로써 작동한다.
그래서, 최적의 조건에서, 즉, 보상 압력(PC)가 탄산화 탱크(PR) 내부 압력과 동일할 경우, 조절 밸브(31)는 80% 개방된 상태로 유지되고, CO2 제어 밸브(32)는 폐쇄 상태로 유지된다. 저에 언급된 바와 같이, CO2 제어 밸브는 단지 탄산화 탱크 압력(PR)이 보상 압력(PC)의 값보다 더 낮은 값에 도달하면 개방된다.
탄산화 탱크(21) 의 음료 수준은 항상 50% 와 90% 사이의 탱크(21) 높이(탱크(21) 부피)에서 유지해야 한다. 음료 수준이 50% 아래일 때, 음료 제어 밸브(34)는 개방되어야 하고, 탄산화 공정은 시작된다. 탄산화 탱크(21) 수준이 90% (벤튜리 밸브(35)가 배치되는 지점)에 도달할 때, 음료 제어 밸브(34)는 폐쇄되고 음료 투입(the beverage input)은 중단된다.
보틀링(bottling)에 음료를 보내기 전에, CO2 및 브릭스(brix) (음료에 용해된 설탕) 레벨(levels)을 확인해야 한다. 만약 이들이 예측 된 표준 내에 있으면, 배출 밸브(discharge valve)(36)가 개방된다.
브릭스 레벨을 확인하는 방법은 본 발명의 주요 측면(main aspect)이 아니며, 이것은 예를 들어, 굴절(refraction)에 의해 수행될 수 있다.
추가적으로, 만약 용액 내의 CO2 부피가 표준 매개 변수(standard parameters)에 따르지 않으면, 음료를 재순환(recirculate) 될 필요가 있을 것이다. 재순환에 의해, 음료가 배출 밸브(36) 개방으로 인해 탱크(21)로부터 배출되어야 하고 그러고 나서 재순환 밸브(recirculation valve)(37) 및 스프레이 볼(the spray ball)(40) 개방에 의해 탱크(21)에 재도입(reintroduced) 되어야 함을 의미한다.
스프레이 볼(40)에 의해 음료가 탱크(21)에 재도입됨에 따라, 음료 재 탄산화(the beverage recarbonation)는 가능해지고, 또는, 이것은 또한 음료로부터 CO2를 제거하는 것이 가능하다.
다시 말해, 스프레이 볼(40) 개방 비율에 의해 혼합된 음료의 CO2 수준(부피)를 증가 또는 감소 시키는 것이 가능하다.
만약, 음료 내 CO2 부피를 감소시키는 것이 요구되면, 보상 압력(PC)의 값을 감소시키는 것이 필요하다. 다른 한 편으로는, 만약, 음료 내 더 많은 CO2 부피를 더하는 것이 요구되면, 보상 압력(PC)가 또한 증가되어야 한다.
스프레이 볼(40)은 탱크(21) 내의 음료를 분사하기 위해 표면 주위에 소형 오피리스 (small orifices)를 가지는 스테인레스 구체(a stainless sphere)이다. 이러한 구성 요소(스프레이 볼(40))는 음료를 재순환함에 의해 CO2 수준을 증가 또는 감소시킬 수 있음에 따라, 만약 탄산화 공정이 의도한대로 발생하지 않으면 탄산화된 음료의 낭비를 피한다.
스프레이 볼(40) 제어는 재순환 밸브(37) 및 보틀링 공정(the bottling process)의 입구에 배치되는 보틀링 밸브(a bottling valve) (도시되지 않음)를 관리함에 의해 수행된다.
예를 들어, 만약 CO2 부피가 미리 결정된 수준 이상이면, 위에 언급된 바와 같이, 보상 압력(PC)은 감소해야 하고, 탄산화된 음료는 탱크(21)로 재도입 되어야 한다.
추가로, 만약 CO2 수준이 미리 결정된 수준 이하이면, 보상 압력(PC)은 증가되어야 하고 탄산화된 음료는 스프레이 볼(40)에 의해 요구되는 CO2 수준에 도달할 때까지 탱크로 재도입 되어야 한다.
음료 내 CO2 수준은 음료가 병에 담겨진 후(after the beverage has been bottlered) 측정된다. 병에 담겨진 음료의 샘플(a sample)을 흔듦에 의해, 병 내부 압력은 증가할 것이고, 이러한 압력의 증가, 음료 온도, 및 음료 내 용해된 가스 부피 사이의 관계는 음료 내 CO2 수준을 결정할 것이다.
재순환 시간은 음료 내 CO2 수준 및 도달할 CO2 부피에 따른다. 재순환 동안, CO2 부피를 설정하는 것이 필요하고, 이것이 따라, 재순환 시간이 예측될 것이다. 재순환 시간에 따라, 재순환 시간 및 음료 내CO2 증가 부피 사이의 비는 결정될 수 있다.
위에 이미 언급된 바와 같이, 음료 재순환 동안, 보상 압력(PC)이 병에 담긴 CO2 부피에 따라 증가 또는 강하가 가능할 수도 있다. 만약 부피가 작으면, 보상 압력(PC)은 증가하고, 그렇지 않으면, 보상압력(PC)은 줄어든다.
보상 압력(PC) 변화는 제어 패널(38)을 사용함으로 만들어 질 수 있다. 이러한 패널(38)의 바람직한 표현은 도 9에서 나타난다. 패널(38) 및 탱크(21) 사이의 연결은 본 발명의 주요 측면(the main aspect)이 아니고 이미 알려진 어느 많은 기술에 의해 수형될 수 있다.
기술된 바와 같이, 본 발명에서 제안된 바와 같은 탄산화 공정 및 탄산화 덕트와 함께, 탄산화 탱크(21)내 압력 변화를 보상하고 추가로 음료 온도 변화를 보상하기 위해 CO2(배출구(vent))를 대기로 배출할 필요가 없다.
제안된 공정 및 덕트에서, CO2는 탱크(21)의 상부 부분에 포집된 공기(the air trapped)를 제거하기 위해 규칙적인 시간, 예를 들어, 매 3분마다 대기로 단지 폐기된다. 이것은 보안 밸브(the security valve)(41)를 관리함에 의해 수행된다 (도 9).
사실, 대안적인 실시 예에서, 공기를 음료로부터 제거하기 위한 장비는 증발기(30) 전에 배치될 수 있고, 이런 경우, CO2를 대기로 배출할 필요가 없을 것이다.
제안된 공정 및 언급된 밸브의 제어는 바람직하게는 휴먼 머신 인터페이스(a Human Machine Interface)(HMI)에 의해 자동으로 제어되고, 따라서, 탄산화 탱크(PR) 내부 압력과 보상 압력(PC) 사이의 평형(the equalization)은 거의 즉시 완료되고, 그래서, 제안된 공정은 긴 시간 동안 어느 압력 변화를 감지(sence) 하지 못할 것이다.
이러한 HMI의 세부 사항은 본 발명의 주요 측면이 아니기 때문에 기술될 필요가 없다. 종래 기술의 가르침에서 알려진 밸브를 관리할 수 있는 임의의 HMI가 사용될 수 있다. 대안적인 실시 예에서, 방법은 수동적으로 조작될 수 있다.
마지막으로, 본원에서 언급된 음료는 0.08Pa.s(80 cPs)와 같거나 그보다 낮은 점도를 가지는 임의의 재료로써 이해되어야 한다.
기술된 바람직한 실시 예에서, 본 발명의 범위는 단지 가능한 동등물(the possible equivalents)을 포함하는 동반하는 청구항의 내용에 의해 제한되는 다른 가능한 변화를 포함한다는 것을 이해해야 한다.
1: 탄산화 덕트
21: 탄산화 탱크
8: 수렴 경로
12: 관형 구조체
13: 압축 구조체
14: 통로
19: 혼합 경로
17: 감속 경로
27: 소용돌이 벽
K: 유동성 직경

Claims (30)

  1. 가스와 음료를 혼합하기 위한 탄산화 덕트(carbonation duct)(1)에 있어서,
    압축 구조체(the compression)(13)를 둘러싸는 관형 구조체(a tubular structure)(12), 관형 구조체(12) 내부에서 길이 방향으로 위치된 압축 구조체(13) 및 탄산화 덕트(1)를 따라 음료의 흐름을 위한 통로(14)를 설정,
    압축 구조체(13)는 탄산화 덕트(1)을 따라 수렴 경로(a convergence path)(8), 혼합 경로(a mixture path)(19) 및 감속 경로(a slowdown path)(17)를 순차적으로 정의하는 외부 직경(P,C,G)을 포함하고,
    수렴 경로(8)에서, 탄산화 덕트(1)는 통로(the pathway)(14) 내에 가스 주입을 위한 가스 유입부(a gas entry portion)(9)를 포함하고, 및
    관형 구조체(12)는 탄산화 덕트(1) 혼합 직경(mixture diameter)(F)을 설정하는 터뷸레이션 돌출부(a turbilionating projection)(10)를 정의하는 것을 포함하는 탄산화 덕트(1).
  2. 제 1항에 있어서,
    관형 구조체(12)가 그 길이의 대부분에서, 탄산화 덕트(1)의 혼합 직경(F)보다 더 큰 유동성 직경(a flowability diameter)(K)을 포함하는 탄산화 덕트(1).
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    수렴 경로(8)에서 탄산화 덕트(1)가 음료의 유동을 위한 편향 각도(a deviation angle)(A), 압축 구조체(13)에 형성되고 압축 구조체(13)의 내부 축(an internal axis)(X)으로부터 통로(14)를 설정하는 압축 구조체(13)의 표면까지 측정되는 편향 각도(A)를 가진 음료 유입부(a beverage entry portion(5)를 포함하는 탄산화 덕트(1).
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    터뷸레이션 돌출부(10)가 음료의 흐름을 위한 수렴 각도(a convergence angle)(B), 압축 구조체(13)의 내부 축(X)으로부터 통로(13)를 설정하는 터뷸레이션 돌출부(10)의 표면까지 측정되는 수렴 각도(B)를 정의하는 탄산화 덕트(1).
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    터뷸레이션 돌출부(10)가 소용돌이 벽(a whirl wall)(27), 오목 표면으로 구성되는 소용돌이 벽(27)을 포함하는 탄산화 덕트(1).
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    감속 경로(17)가 관형 구조체(12)와 압축 구조체(13) 사이에서 발산 각도(a divergence angle)(D)를 정의하는 탄산화 덕트(1).
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    감속 경로(17)를 따라, 그리고 접합 축(a junction axis)(18)으로부터 시작하여, 통로(14)의 영역이 점차적으로 증가하는 탄산화 덕트(1).
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    혼합 경로(19)에서 통로(14)의 영역이 일정하기 유지되는 탄산화 덕트(1).
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    편향 각(A)이 5° 내지 10°의 범위인 탄산화 덕트(1).
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    수렴 각도(B)가 8° 내지 15°의 범위인 탄산화 덕트(1).
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    혼합 경로 직경(the mixture path diameter)(C)과 혼합 작경(the mixture diameter)(F) 사이의 비가 0.65 및 0.75의 범위인 탄산화 덕트(1).
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    발산 각도(D)가 4,5° 내지 9°의 범위인 탄산화 덕트(1).
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    수렴 경로(8) 길이(L1)가 관형 구조체 유동성 직경(K)과 동일한 탄산화 덕트(1).
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    통로(14)의 가장 작은 영역을 포함하는 탄산화 덕트(1)의 영역에서, 가스 유입부(9)가 통로(14)에 인접하게 배치되는 탄산화 덕트(1).
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    소용돌이 벽(27)이 가스와 음료 사이에서, 혼합 경로(19)에서 난류(a turbulence)를 발생시키도록 구성된 탄산화 덕트(1).
  16. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,
    소용돌이 벽 깊이(H)가 0,5mm 내지 2,0mm이고, 소용돌이 벽 반경(R1)이 2,0mm 와 7,0mm 사이인 탄산화 덕트(1).
  17. 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,
    최대 직경(the maximum diameter)(P)이 유동성 직경(K)의 값의 0.85배인 탄산화 덕트(1).
  18. 제 1항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    탄산화 탱크(21)와 연관된 탄산화 덕트(1), CO2 제어 밸브(32)에 의해 가스 공급으로부터 가스의 유량을 받는 탄산화 탱크(21), 및 조절 밸브(31)에 의해 탄산화 탱크(21)로부터 가스의 유량을 받는 탄산화 덕트(1), 탄산화 덕트(1)에서 가스는 음료와 혼합되고, 용액이 형성되고, 터뷸레이션 돌출부(10)의 소용돌이 벽(27)에 의해, 용액은 탄산화 탱크에 더해지는 공정,
    공정의 사용자에 의해, 탄산화 공정의 보상 압력(PC), 음료 내에서 혼합되어야 하는 가스의 부피를 나타내는 보상 압력(PC)이 정의되는 것,
    탄산화 탱크 압력(PR), 탄산화 탱크(21) 내부에서 측정된 압력을 나타내는 탄산화 탱크 압력(PR)을 측정하는 단계를 포함하는 탄산화 덕트(1)에 의해 가스 및 음료 혼합을 위한 탄산화 공정.
  19. 제 18항에 있어서,
    탄산화 탱크(21)내에 더해지는 가스의 유량을 관리하는 것에 의해, 및 탄산화 덕트(1) 내에 더해지는 가스의 유량을 관리하는 것에 의해 보상 압력(PC)의 값을 탄산화 탱크 압력(PR)의 값과 동일하게 하는 것의 단계를 추가로 포함하는 탄산화 공정.
  20. 제 18항 또는 제 19항에 있어서,
    만약 측정된 탄산화 탱크 압력(PR)이 보상 압력(PC)의 값보다 더 크면 조절 밸브(31)의 개방 비율을 줄이는 것에 의해 탄산화 덕트(1) 내에 더해지는 가스의 유량이 줄어드는 것에 의해 보상 압력(PC)을 탄산화 탱크 압력(PR)의 값과 동일하게 하는 단계가 수행되는 탄산화 공정.
  21. 제 18항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 있어서,
    만약 측정된 탄산화 탱크 압력(PR)의 값이 보상 압력(PC)보다 더 작으면 탄산화 탱크(21) 내에 가스를 더하는 것에 의해 CO2 제어 밸브(32)의 개방 비율이 증가하는 것에 의해 보상 압력(PC)을 탄산화 탱크 압력(PR)의 값과 동일하게 하는 단계가 수행되는 탄산화 공정.
  22. 제 18항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서,
    보상 압력(PC)이 탄산화 탱크 압력(PR)과 동일해질 때, 조절 밸브를 개방 비율의 80%로 남기고 CO2 제어 밸브(32)를 폐쇄한 채 남기는, CO2 제어 밸브(32) 및 조절 밸브(32)를 위한 최적의 작동 조건을 설정하는 이러한 개방 비율의 단계를 추가로 포함하는 탄산화 공정.
  23. 제 18항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서,
    측정된 탄산화 탱크 압력(PR)의 값이 보상 압력(PC)의 값보다 더 작아짐에 따라, 최적의 작동 조건으로부터 CO2 제어 밸브(32)의 개방 비율을 점차적으로 증가시키는 단계를 추가로 포함하는 탄산화 공정.
  24. 제 18항 내지 제 23항 중 어느 한 항에 있어서,
    측정된 탄산화 탱크 압력(PR)의 값이 보상 압력(PC)의 값보다 더 커짐에 따라, 조절 밸브(31)의 개방 비율을 점차적으로 줄이는 단계를 추가로 포함하는 탄산화 공정.
  25. 제 18항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 있어서,
    혼합 경로(19)에서 통로(14)의 영역이 일정하게 유지되고 감속 경로(17)에서 통로(14)의 영역이 접합 축(a junction axis)(18)으로부터 시작하여 점차적으로 증가하고, 탄산화 탱크(21) 내에 용액이 더해지기 전에, 탄산화 덕트(1)의 통로(14), 혼합 경로(19) 및 감속 경로(17)을 형성하는 통로(14)를 통해 용액을 흘려 보내는 단계를 추가로 포함하는 탄산화 공정.
  26. 제 18항 내지 제 25항 중 어느 한 항에 있어서,
    통로(14)의 가장 작은 영역을 포함하는 탄산화 덕트(1)의 영역에서, 가스 유입구(9), 통로(14)에 인접한 곳에 배치되는 가스 유입구에서 탄산화 덕트(1) 내의 가스의 유량을 더하는 단계를 추가로 포함하는 탄산화 공정.
  27. 제 18항 내지 제 26항 중 어느 한 항에 있어서,
    음료 내 가스 부피를 증가 또는 감소시키기 위해 스프레이 볼(40)에 의해 탄산화 탱크(21)로 용액을 재도입하는 단계를 추가로 포함하는 탄산화 공정.
  28. 제 18항 내지 제 27항 중 어느 한 항에 있어서,
    조절 밸브(31)와 탄산화 탱크(21) 사이에 배치된 벤튜리 밸브(35), 탄산화 탱크(21)높이의 90%위치의 지점에서 벤튜리 밸브(35)를 배치하는 단계를 추가로 포함하는 탄산화 공정.
  29. 제 18항 내지 제 28항 중 어느 한 항에 있어서,
    만약 탄산화 탱크(21)의 수준이 벤튜리 밸브(35)가 배치된 지점에 도달하면, 용액이 제어 밸브(34)에 의해 탄산화 탱크(21) 내로 더해지고, 공정은 제어 밸브(34)가 폐쇄되는 것에 의해 탄산화 탱크(21) 내 용액의 첨가가 중단되는 단계를 추가로 포함하는 탄산화 공정.
  30. 제 18항 내지 제 29항 중 어느 한 항에 있어서,
    탄산화 덕트(1)의 혼합 경로(19)에서, 가스와 음료 사이의 난류를 소용돌이 벽(27)의 오목 표면에 의해 발생시키는 단계를 추가로 포함하는 탄산화 공정.
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