KR900005691B1 - 급속 탄산화장치 및 방법 - Google Patents

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굽타 아쉬스 에스
토니 캠프 제랄드
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더 코카-콜라 캄파니
로버트 에이.켈러
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Abstract

내용 없음.

Description

급속 탄산화장치 및 방법
제1도는 본 발명의 소형탄산수제조기의 단면도.
제2도는 소형탄산수제조기용 매니폴드의 단면도.
제3도는 매니폴드의 평면도.
제4도는 매니폴드의 블리이드개구의 상세단면도.
제5도는 소형탄산수제조기에 사용되는 화학약품 카아트리지의 평면도.
제6도는 화학약품 카아트리지의 횡단면도.
제7도는 상부공간의 압력을 종좌표에 시간을 횡좌표에 나타내고, 상부공간의 블리이드가 있는 것과 블리이드가 없는 것을 곡선으로 나타낸 그래프.
제8도는 상부공간의 압력을 종좌표에, 가스유동률을 횡좌표에 나타내고 0.22μ의 다공성막을 보유하는 블르이드라인과 0.8μ의 다공성막을 보유하는 블르이드라인을 곡선으로 나타낸 그래프.
제9도는 탄산화체적을 종좌표에, 시간을 횡좌표에 나타내고, 0.8μ의 다공성오리피스를 보유하는 블리이라인을 곡선으로 나타낸 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 소형탄산수제조기 13 : 반응용기
15 : 매니폴드 17 : 생성물용기
23 : 레벨표시 27 : 제1충전레벨표시
29 : 제2충전레벨표시 33 : 제1나사형 개구부
37 : 통기관 41 : 반응도관
44 : 압력방출밸브 45 : 나사형 개구부
48 : 체크밸브 49 : 수평도관
51 : 수직도관 53 : 확산튜브
55 : 통기성저부 57 : 제2나사형개구부
61 : 통기로 65 : 연속블리이드라인
67 : 수직블리이드도관 68 : 수평블리이드도관
79 : 오리피스판 81 : 카아트리지
83 : 불투과성 양피지튜브 85 : 가장자리
본 발명은 음료를 탄산화하는 장치와 방법, 상세히 설명하면 소형탄산수제조기와 미리 혼합된 소정량의 음료를 급속히 탄산화하는 방법에 관한 것이다.
완성된 음료내의 이산화탄소 체적은 소비자의 만족도에 있어서 중요한 요인인데, 그 이유는 음료에 용해된 이산화탄소 체적이 바로 음료에 거품을 일으키는 것이며, 온도 등의 다른 요인과 함께 음료의 거품형성을 지속시키는 시간을 좌우하기 때문이다.
예를들어 진저에일(ginger ale)등과 같은 음료는 고탄산화에 의해 더 좋은 맛을 내며, 오렌지향등과 같은 음료등은 저탄산화에 의해서 더 좋은 맛을 낸다. 그러나, 대부분의 음료, 특히 콜라음료는 이산화탄소 3.5-4.0체적 사이로 탄산화된다.
헨리의 법칙은 일정한 온도에서 주어진 체적의 용매에 용해되는 기체량은 평형상태의 기체압력에 비례함을 나타낸다. 이 법칙에 의하면, 주어진 온도에서 물에 용해되는 이산화탄소의 양은 물에 대한 이산화탄소의 압력에 비례한다.
그러나, 이 법칙은 기체상태로 존재하는 분자와 용액에 존재하는 분자의 성질에 의해 결정된다.
이산화탄소의 경우에 있어서는, 탄산음료에 관한한, 헨리의 법칙에서 크게 벗어나지 않는다.
대기압하에서, 물에 용해되는 이산화탄소의 양은 단지 온도에 좌우된다. 이 용해도는 고온보다 저온에서 더 크다.
음료 및 병조림산업(bottling industry)에 표준으로서 사용되는 측정단위는 체적이다.
체적(volume)은 주어진 체적의 물이 대기압(760mmHg), 60μ(15.5℃)에서 화씨 60°(섭씨 15.5℃) 흡수하는 ㎖단위의 기체량으로서 정의된다.
이 사항들은 관습적으로 설정되는 임의 조건이다.
이러한 조건은 탄산음료에 흡수되는 이산화탄소의 체적을 측정하기 위해 통상적으로 사용되는 계기의 눈금상에 0으로 표시된다.
따라서, 음료수는 60℉, 1기압에서 이산화탄소 계기상에 0으로 표시되는 이산화탄소 1체적을 흡수하고, 압력이 약 15psi(1부가기압)로 중가되면, 물은 2배의 기체체적을 흡수하고, 15psi 또는 1기압 증가마다, 이산화탄소의 체적이 배로 흡수된다.
전기한 바와같이, 온도강하에 의해 더 많은 양의 이산화탄소가 물에 용해될 수 있다.
온도가 32℉(0℃)로 강하되면, 1.7체적의 이산화탄소가 흡수되며, 15psi의 압력이 부가될 때마다 이산화탄소의 체적이 1.7배 흡수된다. 탄산음료산업에 사용되는 탄산수제조기는 압력하에서 물의 표면이 광범위하게 이산화탄소가스에 노출될 수 있는 장치이다. 광범위한 표면과 압력의 결합은 물이 이산화탄소가스를 신속히 흡수할 수 있게 한다.
시판용 탄산수제조기는 시간당 250-3600칼론(gallon)을 처리할 수 있는 용량의 것 등 종류가 다양하다.
상업적으로 이용되는 탄산수조제기중에는 "CEN포화기(saturator)"로서 알려져 있는 것이 있다. 이 장치에서는, 이산화탄소가스가 가스연결구를 통해 들어가서 작동압력으로 탱크를 충전시킨다.
물냉각기로부터의 냉수는 취수구를 통해 탱크내로 주입되고, 중공(中空)의 중심파이프컬럼까지 올려진후에, 물이 시트형상으로 원활하게 유동하도록 특별히 설계된 노즐을 통해 분출된다.
물은 노즐로부터 바깥쪽으로 퍼걱서 역필름판(inverted film plate)의 아래쪽 위를 유동하여, 중앙컬럼쪽을 향해 아래의 필름판위를 흘러내린다. 이러한 작용이 연속적으로 반복되어 물은 최하단필름판의 끝부분에서 떨어져 탄산수제조기 탱크의 저부에 있는 탄산수저장구역으로 들어갈 때까지 박막형태로 판부분에서 판부분으로 흐른다.
다른 형태의 탄산수제조기는 냉각과 탄산화를 동시에 수행한다.
이런 형태의 장치에서는, 탄산화되지 않은 온수가 상부에 유입되어 분배팬(pan)으로 들어가서. 그곳으로부터 스테인레스강제의 냉각판위를 흘러내려 측면으로부터 들어오는 이산화탄소에 의해 탄산화되며, 탄산화된 냉수는 저장기로 흘러가서 그곳으로부터 약 34℉로 주입기로 인도될 수 있다.
최근에는, 음료분배기로부터 분배되는 탄산음료의 판매량이 증대되어 왔다.
개구컵(opencup)분배에 있어서는, 분배기 자체에서 최종음료가 제조된다. 그 분배기는 컵 또는 용기를 배출구 아래위치로 계속해서 떨어뜨리고, 준비된 시럽과 탄산수를 음료가 혼합되는 혼합실로 주입한 후에, 용기에 혼합음료를 배출하도록 작동된다.
이러한 분배장치에서, 물은 필요한 만큼 탄산화된다. 소형이 아닌 분배장치에서 물의 탄산화를 위해서는 여러가지 장치가 개시되어 왔다.
예를들어, 미국특허 2,339,640호(홀링거), 미국특허 2,314,984호(허드슨), 미국특허 3,240,395(카아버), 미국특허 3,752,452(이안넬리), 미국특허 3,960,164호(켈리), 미국특허 4,028,441호(리차드), 미국특허 4,148,334호(리차드), 미국특허 4,304,736호(맥밀린) 등이 있다.
상기한 맥밀린의 특허문헌은 탄산화용 이산화탄소가스추진제를 사용하여 탄산음료를 제조하여 분배하는 방법과 장치에 관한 것으로, 이 특허는 탄산수용 저장기를 보유하는 압력용기와, 저장기위의 가스베이스(gas base)로 구성된 탄산수제조기를 개시하고 있다.
이산화탄소가스와 물은 노즐을 통해 상부공간내로 분사된다. 이산화탄소의 고압원(source)은 도관을 통해 탄산수제조기의 가스베이스에 연결된 가스배출구에 연결되고, 그 고압원에는 탄산수제조기내의 소정의 공기 저장압력을 조절하는 저장압력조절기가 설치되어 있고, 자동통기밸브와 탄산수제조기의 가스베이스에 유체적으로 연통되도록 배치되어, 탄산수제조기내의 압력이 저장압력조절기의 기설정압력을 초과할때 상부공간으로부터 가스를 배출시킨다. 저장압력조절기는, 추진제압력보다 낮으며, 0℃에서 약 4.5탄산화체적인 탄산수제조기내를 평형포화상태로 하는, 25psi의 소정저장압력으로 설정된다.
전기한 맥밀린 장치의 결점중의 하나는 소형이 아니고, 단시간내에 필요한 만큼의 탄산화가 되지 않는다라는 것이다. 그 때문에, 맥밀린 장치는 연속적으로 충전되는 저장기를 필요로하며, 탄산화는 이산화탄소와 물을 분사하는 노즐에 좌우된다.
일반적으로, 소형탄산수제조장치는 꽤 오래된 기술이다.
미국특허 565,922호(프락스)는 습기가 있을때 탄산화가스를 방출하는 분말을 함유하도록 되어 있는 제거가능한 하부를 보유하는 탄산화용 사이펀병(syphon bottle)을 개시하고 있다.
노르웨이특허 52,210호(브린)는 병 내부의 음료의 탄산화에 사용되는 장치를 나타낸다.
이 장치에서는, CO2가스를 수용하고 있는 실린더가 하우징내에 위치되어, 병 내부에 수용된 튜브와 연통되도록 배치된다. CO2캐니스터(cannister)로부터의 가스는 튜브로 유입되어 병의 바닥을 통해 거품을 발생한다.
이 장치의 결점중 하나는, 병내 상부공간의 압력이 증가하면 액체를 통과하는 CO2의 체적비가 감소하므로, 이 방법에 의해서는 적당한 시간내에 한정되는 양의 탄산화만 가능하게 된다는 것이다.
이외 다른 문헌들에는 시트르산(citric acid)와 탄산칼슘 사이의 화학반응에 의한 부산물로부터 탄산화를 달성하는 방법을 개시하고 있다.
이러한 예로서는 미국특허 3,487,403호(하베이), 미국특허 3,476,520호(하베이), 미국특허 2,600,901호(멜다우), 미국특허 2,591,990호(웨스툼), 미국특허 3,492,671호(하베이)등이 있다.
미국특허 4,347,783호(오그덴)에는, 스프링부세밸브를 통해 연통하는 한쌍의 용기로 구성되어 있는 탄산음료장치가 개시되고 있는데, 그 장치는, 한쪽 용기가 탄산화되는 액체를 보유하는 다른쪽 용기내에 수직및 수평으로 뻗어있는 튜브와 연통한다.
전기한 장치는 용기의 상부에 나사식으로 결합되며, 탄산화될 액체를 보유하는 용기에는 누출방지시일이 설치되어 있다.
마찬가지로, 미국특허 4,040,342호(오스틴)에는 물을 보유하는 기밀탱크를 형성하기 위해 함께 결합된 바닥과, 측벽 및 상부를 보유하는 흡수탱크로 이루어지는 탄산수제조기가 개시되어 있다. 이산화탄소가 물속으로 주입되고, 물위의 가스압력이 탄산화를 유지시키며 탄산수가 배출되도록 한다.
다른 음료탄산화장치로는, 미국특허 4,186,215호(부켈)와, 미국특허 3,883,998호(샘프슨외), 미국특허 4,025,655호(화이테외), 미국특허 4,110,255호(리에파외)등이 있다.
상기한 문헌에 개시된 장치들의 결점중 하나는 적당한 시간내에 필요한 만큼의 탄산화가 되지 못한다는 것이다.
상기한 4개의 문헌중에 기술된 장치 등과같이. 대기압중에 개방된 장치는, 3-4체적으로 변화하는 상술한 바와같은 대표적인 소프트드링크에 필요한 탄산화도를 제공하지 못한다.
소형탄산수제조기에 관련된 다른 문헌으로서는 미국특허 3.953.550호(길베이), 미국특허 4,251,473호(길베이) 등이 있다.
따라서, 종래의 탄산화장치에서의 결점과 제한을 제거하거나 개량하기 위해, 본 발명은 탄산화될 액체를 보유하는 밀봉용기와, 이산화탄소를 액체내에 도입시키는 장치와 상부공간의 압력을 탄산화가 발생되기에 충분히 높은 수준으로 유지시킴과 동시에 이산화탄소를 액체를 통해서 연속하여 흐를 수 있게 하는 용기의 상부공간에 연결된 블리이드라인(bleed line)을 생각하였다.
본 발명의 한가지 바람직한 실시예는 밀봉용기에 삽입된 확산튜브에 유체적으로 연결된 반응용기인 이산화탄소원을 기획하였다. 반응용기는 물로 충전되며, 이산화탄소를 발생시키기 위해 물의 존재하에 반응하는 화학약품의 혼합물을 함유하는 화학약품 카아트리지가 반응용기내에 삽입된다.
본 발명의 화학약품 카아트리지는 화학반응이 시작되기 전에 약 10초의 시간을 지연시킨다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명의 소형탄산수제조기(11)를 나타낸다.
이 소형탄산수제조기(11)는 반응용기(13)와, 매니폴드(15) 및 생성물용기(17)도 구성된다. 반응용기(13)와 생성물용기(17)는 폴리탄산에스테르, PET등과 같은 플라스틱재료로 제조되는 것이 바람직하다. 유리는 부서질 수가 있으며, 파편이 용기내에서 고압가스에 의해 추진되어 손상을 야기시킬 수가 있기 때문에 유리보다 플라스틱재료가 바람직하다.
반응용기(13)와 생성물용기(17)는 탄산화공정중에 발생되는 압력과 온도에 대해 실제적인 변헝이 없이 견딜 수 있는 플라스틱재료로 제조되어야 한다.
전기한 플라스틱재료는 또한 재사용 가능한 용기가 사용될 경우, 통상의 세척에 사용되는 온도에도 견딜 수 있어야 한다.
반응용기(13)의 상부에는 매니폴드(15)내에 삽입될 수 있는 종래의 급속연결장치에 맞물리도록 되어 있는 나사형 목부분(21), 또는 윗부분이 설치되어 있다. 또한 반응용기(13)에는 레벨표시(level indicator)(23)가 설치되어 있는데, 이 레벨표시는 반응용기(13)의 내부에 형성되어도 좋다.
전기한 레벨표시(23)의 기능은 반응용기(13)의 충전레벨을 표시하여 반응을 위한 적당한 양의 물이 용이하게 측정될 수 있다.
전기한 생성물용기(17)에는 병에 부착된 컵모양의 납작한 원통형부재, 또는 병에 일체로 형성된 납작한 부분인 안정기부(stable base)(25)가 설치되어 있다.
안정기부(25)는, 안정하게 지지하기 위해 다수의 돌기(다리부분)를 포함하는 꽃잎형상으로 성형된 병일 수도 있다.
생성물용기(17)에는 만족스러운 음료제품을 얻기 위하여 용기에 넣어지는 음료시럽, 또는 분말의 레벨을 표시하는 제1충전레벨표시(27)가 형성되고, 또한 제2충전레벨표시(29)도 탄산화공정을 위해 냉수가 충전되는 생성물용기(17)에 설치된다.
또, 생성물용기(17)에는 나사형 목부분(31) 또는 종래의 급속연결 장치가 설치된다.
제1도 내지 제3도에 표시된 바와같이, 매니폴드(15)는 용이하게 가공 또는 성형될 수 있는 메틸메타크릴레이트 중합체 재료 또는 기타재료의 블록으로 구성되어 있다. 매니폴드(15)는 반응용기(13)의 나사형 목부분(21)을 끼우도록 되어 있는 제1나사형 개구부(33)를 포함한다.
전술한 바와같이, 표준형 급속연결기구는 제1나사형 개구부(33)로 대치 가능하다.
전기한 제1나사형 개구부(33)상부의 주위에는, 반응용기(13)의 나사형 목부분(21)상부와 기밀하게 밀봉할 수 있게 탄성재로 제조된 O링(35)이 배치된다.
제1나사형 개구부(33)와 매니폴드(15)의 외부사이에는 안전기구로서 통기관(37)이 설치되어, 반응용기(13)가 압력하에 있는 동안에 사용자가 그 반응용기(13)를 제거하고자 하면, 고압가스가 통기관(37)을 통해 대기중으로 배출된다.
제2도에 보다 상세하게 표시된 바와같이, 매니폴드실(39)은 전기한 제1나사형 개구부(33)에 인접하여 배치되고, 반응도관(41)을 통해 제1나사형 개구부에 연결된다.
매니폴드실(39)에는 외부로 배기하는 압력방출밸브(44)가 장착된 측면개구부(43)가 형성되어 있다. 압력방출밸브(44)는 매니폴드실(39)내의 압력이 소정의 최대안전 압력을 초과할때, 자동적으로 개방되거나, 또는 수동으로 개방될 수 있는 스프링부세밸브이어도 좋다.
매니폴드실(39)은 매니폴드(15)의 단부(端部)에 나사형개구부(45)를 성형하여 형성될 수 있다.
플러그(46)는 매니폴드실(39)의 뒷벽을 밀봉하도록 나사형 개구부(45)에 삽입된다.
공동(cavity)(47)은 매니폴드실(39)에 인접하여 설치되고, 그 공동(47)내에는 체크밸브(48)가 배치된다.
체크밸브(48)와 수직도관(51) 사이에는 수평도관(49)이 배치된다. 수직도관(51)의 하단부에는 소정길이의 확산튜브(53)가 부착된다(제1도에 잘표시되어 있음).
확산튜브(53)의 길이는 생성물용기(17)의 높이에 좌우되며, 생성물용기(17)가 매니폴드(15)에 부착될때, 그 생성물용기(17)의 바닥 근처까지 충분히 도달할 만큼 길게 되어 있다. 확산튜브(53)는 이산화탄소가스의 방출을 허용하는 통기성저부(55)를 포함한다.
제2도에 표시한 바와같이, 매니폴드(15)에는 탄성재로 제조된 O링(59)을 보유하는 제2나사형 개구부(57)가 설치되어 있다.
생성물용기(17)의 나사형 목부분(31)은 전기한 제2나사형 개구부(57)에 고정될 수 있고, O링(59)으로 기밀하게 밀봉된다.
통기로(61)가 제2나사형 개구부(57)쪽으로부터 매니폴드(15)의 외부까지 설치되어, 제2나사형 개구부(57)가 외부로 통하게 되어 있다. 통기로(61)는 생성물용기(17)가 분리될때 제2나사형 개구부를 대기와 통하게 한다.
본 발명 탄산화장치의 중요한 특징의 하나는 제2도에 표시한 연속블리이드라인(65)이다. 연속블리이드라인(65)은 수평블리이드도관(69)에 연결된 수직블리이드도관(67)을 포함한다.
나사형 블리이드 개구부(71)는, 수평블리이드도관(69)이 나사형 블리이드개구부(71)와 연통되도록 매니폴드(15)의 한쪽끝에 형성되어 있다(제4도에 상세히 표시되어 있음).
구멍(75)을 보유하는 블리이드플러그(73)는 매니폴드(15)쪽의 나사형 블리이드개구부(71)에 나사결합된다. 나사형 블리이드개구부(71)의 끝에는, 블리이드플러그(73)와 나사형 블리이드개구부(71)의 측벽사이를 기밀하게 밀봉하기 위해 O링(77)이 설치된다.
또한, O링(77)은, 그 중심에 단일구멍을 보유하는 박판재료나, 또는 기지 기공율의 박판재료(예를들어, 여과지나 또는 셀룰로오스 아세테이트나 테프론 등과 같은 막)로 이루어질 수 있는 오리피스판(79)을 고정하는 역할도 한다.
연속블리이드라인(65)의 기능은 본 발명의 방법에 대한 이하의 설명에서 상세히 설명된다.
음료의 탄산화는, 물과 시럽이 제2충전레벨표시(29)에 도달할때깐지 생성물용기(17)를 소망하는 시럽으로 충전한후, 용기의 나머지부분에 온도 32℉∼48℉범위의 물을 충전하여서 이루어진다.
그런후, 생성물용기(17)는 나사형 목부분(31)에 의해 매니폴드(15)위의 제2나사형 개구부(37)에 견고하게 고착된다.
다음에, 반응용기(13)에는 110℉∼200℉의 온도범위인 물이 레벨표시(23)까지 충전된다.
제5도 및 제6도에는, 이산화탄소를 발생시키기 위해 물과 반응할 수 있는 화학약품이 들어있는 카아트리지(81)가 표시되어 있다.
이와같은 화학약품의 예로서는, 탄산염과 반응하여 이산화탄소를 발생하는 결정산(Crystalling acid)이면 어느것도 사용될 수 있지만, 시트르산과 중탄산나트륨 등이 있다.
물론 사용되는 화학약품의 양은 탄산화될 체적에 따라 변화한다.
예를들어 2리터 용기에 대해서는, CO23.5-4.0체적 사이의 탄산화를 위해서는 대략 70.0∼102.7g이 적당하다.
전기한 화학약품은 화학량적 비율(stoichiometric ratio)로 제조되어야 한다.
카아트리지(81)는, 반응용기(13)내의 물에 전기한 카아트리지(81)를 떨어뜨린 시간과 반응을 시작하는 시간사이에 적어도 10초의 시간지연을 나타내어야 한다.
시간지연을 나타내는 카아트리지(81)의 실시예 중의 하나는, 가장자리(85)를 아교로 밀봉산 불투과성 양 피지튜브(83)이다(제5도 및 제6도 참조).
카아트리지(81)의 다른 실시예는 약 10초후 물에 용해되는 플라스틱으로 제조된 튜브이다.
시간지연은 사용자가 반응용기(13)를 매니폴드(15)의 제1나사형 개구부(33)에 연결할 수 있게 하기 위해서 필수적이다.
카아트리지(81)가 온수에 떨어질 때, 반응용기(13)는 매내폴드(15)위의 제1나사형 개구부(33)에 견고하게 접속된다. 약 17초후에 아교가 물에 용해되면 화학약품이 반응하기 시작한다.
화학반응에 의해 생성된 이산화탄소가스는 반응도관(41)를 통해 매니폴드실(39)로 이동하고 수평도관(49)을 용해 확산튜브(53)로 이동된다. 그후, 이산화탄소는 화산튜브(53)의 통기성지부(55)를 통해 생성물 용기(17)의 액체내로 확산된다.
매니폴드실(37)의 압력이 소정압력을 초과하면, 측면 개구부(43)의 압력방출밸브(44)가 개방되어 초과압력을 외부로 빠지게 한다.
전기한 압력방출밸브(44)는, 반응용기내의 압력이 반응용기재료의 치명적인 파손을 야기시키는 위험레벨에 도달하는 것을 방지해준다.
반응이 진행됨에 따라 생성물용기(17)의 상부공간 액체레벨과 용기목부분의 상부 사이의 공간내의 압력이 상승한다.
전기한 상부공간내에 축적된 이산화탄소가 블리이드라인(65)을 통해 외부로 배출되지 않으면, 상부공간내 압력은 결국 이산화탄소가 화산튜브(53)를 통해 더 이상 유동될 수 없게 하므로, 탄산화율이 상당히 감소된다. 연속블리이드라인(65)에 의해 조절가능하게 상부공간을 블리이딩(bleeding)하여서, 화산튜브(53)를 통한 이산화탄소의 연속적인 유동을 유지하는 동시에 상부공간내 압력을 원하는 레벨로 유지시킬 수 있다. 약 3-5분 후에, 생성물의 탄산화는 실제로 종료된다.
이때 반응용기와 생성물용기의 압력은 생성물용기(17)를 제거할 수 있도록 대기압상태로 내려가야 한다.
이것은 압력방출밸브(44)를 풀어주거나 작동시켜서 달성될 수 있다.
체크밸브(48)는 생성물용기(17)내 생성물이 반응용기(13)내로 되돌아가는 것을 방지한다. 압력이 방출된 후, 생성물용기(17)는 분리되어 생성물이 소모되거나, 차후 사용을 위해 생성물용기(17)에 뚜껑을 씌워둘 수 있다.
본 발명의 중요한 파라미터는 오리피스관(79)내의 오리피스크기, 또는 연속블리이드라인(65)을 횡단하여 설치된 막의 기공율이다. 막에 너무 구멍많으면, 생성물은 블리이드라인(65)을 통해 강제로 유동되는 경향이 있다. 막에 구멍이 충분하지 않으면, 탄산화가 느린 속도로 진행된다.
본 발명 방법의 중요한 파라미터는 블리이드라인을 통한 질량유동율이다. 유동율은, 확산튜브를 통한 이산화탄소의 유동을 확실하게 하는 값으로 상부공간의 압력을 유지하기에 충분해야 한다.
오리피스관(79)은 블리이드라인(65)을 통한 유동을 제한한다. 그 관계는, 상부공간의 압력(PH), 확산튜브(53)와 생성물용기내의 생성물 표면과의 수직거리(h), 생성물용기(27)와, 안정기부(25)내의 생성물의 비중(W), 확산튜브(53)의 이산화탄소압력(PD)의 항으로 표현될 수 있다. 따라서, 탄산화공정중의 실제적인 1주기에 대한 요소의 관계는 PH<PD-hW이다.
블리이드가 없을 경우(제7도 참조), 폐쇄시스템은 급속히 평형상태에 도달하게 되어, 확산튜브를 통한 이산화탄소의 연속적인 유동이 억제된다.
또한, 블리이드가 너무 많으면 블리이드라인을 통한 생성물의 손실과 함께 생성물의 발포를 초래한다는 것이 밝혀졌다.
제7도에는 24μ기공막에 대한 데이터가 표시되어 있다.
이산화탄소의 연속적인 유동이 달성되었지만, 과도한 발포가 발생하였다.
블리이드의 양이 불충분하면 탄산화가 비효율적으로 된다.
블리이드라인의 특성은 직경 1/32인치를 보유하는 수평블리이드도관(69)에 대하여 실험적으로 결정되었다.
즉, 오리피스를 횡단하는 체적유동율은, 수평블리이드도관의 면적과. 오리피스의 면적과, 오리피스 상류측 압력과, 오리피스 하류측압력의 함수로서 표현될 수 있다.
압력은 시간에 따라 상승하므로, 오리피스크기를 결정하기 위한 가장 좋은 방법은 실험에 의한 것이다.
바람직한 실시예(1/32인치의 수평블리이드도관, 2리터의 생성물용기)에 대해서는, 0.8∼1.2μ사이의 기공율을 보유하는 셀룰로오스아세테이트 또는 테프론으로 이루어진 막이 바람직하였다.
각가 다른 크기의 용기와 그의 다른 파라미터에 대하여 바람직한 유효 오리피스크기는, 기지의 기공율을 보유하는 여러가지 막을 삽입하고, 선정된 실시예에 가장 잘 작동하는 크기를 선택하여 설정될 수 있다.
[실험데이터]
하기의 사항은, 블리이드가 있는 생성물용기의 상부공간내의 압력과. 블리이드가 없는 생성물용기의 상부 공간내의 압력을 시간의 경과에 따라 비교시험한 결과이다.
Figure kpo00001
상기한 비교시험의 결과는, 3개의 실시예에 대하여 2리터의 생성물용기(17)의 상부공간내에 시간경과에 따라 나타나는 탄산화압력을 그래프로 나타낸 제7도에 표시되어 있다.
제7도는, 상부공간이 배기되지 않았을때, 상부공간내 이산화탄소의 압력이 급속히 평형상태에 도달하여 상부공간내 압력이 확산튜브를 통한 더 이상의 유동을 억제하는 것을 나타내고 있다.
블리이딩을 제어하지 않고 생성물용기의 교반이 없을 경우에는, 10분후에 1체적 미만의 탄산화가 이루어진다.
이런 정도의 탄산화는 대부분의 소프트드링크에 불만족스러운 것이다.
반면에, 1/32인치 직경의 블리이드라인을 횡단하는 0.8μ의 막을 통해 상부공간이 배기되는 것에서의 실험데이터는 이산화탄소 4.0체직의 탄산화가 이루어짐을 나타낸다.
마찬가지로, 24μ의 막을 이용한 것에서는 약 5분 후의 최종탄산화는 이산화탄소 3.8체적이었다.
제7도에 표시한 바와같이, 블리이딩을 제어한 실시예는 1분후 최대치까지 압력이 급격히 상승한 다음에 점차 감소함을 나타낸다.
상부공간의 압력이 감소되므로 블리이딩이 제어되는 실시예에서보다 양호한 탄산화가 이루어지고, 탄산화속도는 이산화탄소의 압력에 따라 직접적으로 변화한다는 상반된 결과를 나타낸다.
보다 양호한 탄산화의 이유는, 이산화탄소 압력이 낮더라도. 생성물에 노출되는 이산화탄소의 체적이 더 많아져, 그것에 의해 생성물과 이산화탄소의 접촉면적이 증가하여 확산튜브를 통한 이산화탄소의 유동이 확실하게 되기 때문이다.
교반을 수행하는 이유도 생성물에 CO2를 보다 많이 노출시키기 위한 것이다.
제8도는 상부공간의 압력과 여러가지 기공율의 막에 대한 블리이드라인을 통한 체적유동율 사이의 관계를 보여준다.
0.22μ막에 압력의 함수로서의 유동율은 0.8μ막보다 상당히 낮다.
0.22μ의 기공막에 의해 이루어지는 탄산구의 정도는 몇몇의 경우에는 적당하였지만, 상부공간내의 고압 이산화탄소가 누출되기가 어렵게 하였다.
누출은 생성물용기를 매니폴드로부터 분리하기전에 상부공간내의 압력을 방출하는 공정이다.
상부공간내 압력이 너무크면, 압력의 급강하에 의해 생성물이 급격하게 발포하여, 상당한 양의 생성물이 엎질러지거나 소모되어 버린다.
기공막은 구멍의 크기가 너무 커서는 안된다.
예를들어 24μ의 막이 사용되면, 생성물이 블리이드라인을 통해 유출되어, 지저분할 뿐만 아니라, 막을 통과하여 유동하는 CO2기포에 의한 생성물의 비말동반(entrainment)에 의해 구멍이 막히는 경향이 있다.
제9도는 직경 1/32인치 블리이드라인을 횡당하는 0.8μ막에 대하여 1주기시간에 걸쳐 이루어지는 탄산화도를 나타낸다.
이상과 같이, 개선된 소형탄산수제조기의 방법에 대한 특정한 실시예를 기술하였지만, 당업자에게는 본 발명의 개념 및 범주를 이탈하지 않고 여러가지 변경과 수정이 이루어질 수 있음이 이해될 것이다. 그러므로, 첨부한 특허청구범위에 기재된 것을 제외하고는 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다.

Claims (31)

  1. 고압 이산화탄소원과, 액체가 용기내에 주입될때 상부공간을 한정하도록 액체량의 체적보다 큰 소정체적의 용기(17)와, 전기한 용기의 바닥과 전기한 이산화탄소원을 유체적으로 연결하는 장치와, 소요범위내로 상부공간내의 압력을 유지하면서 상부공간내의 가스를 연속적으로 블리이딩하여, 액체를 통한 이산화탄소의 연속적인 유동이 확실하게 될 수 있도록 전기한 체적의 상부공간에 연결되는 장치로 구성된 것을 특징으로 하는 소정량의 액체를 탄산화하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 전기한 고압 이산화탄소원은, 소정체적의 반응용기(13)와, 2개의 시약사이의 화학반응으로부터 이산화탄소를 생성하는 장치로 구성된 것을 특징으로 하는 소정량의 액체를 탄산화하는 장치.
  3. 제2항에 있어서, 전기한 이산화탄소를 생성하는 장치는, 소정량의 물과, 탄산기를 보유하는 염과, 결정산(crystalline acid)의 혼합물과, 일정한 시간동안 화학약품 혼합물내에 물이 침투하는 것을 방지하기 위해 전기한 혼합물을 밀봉하는 장치로 구성된 것을 특징으로 하는 소정량의 액체를 탄산화하는 장치.
  4. 제3항에 있어서, 전기한 결정산은 시트르산이고, 전기한 염은 중탄산나트륨인 것을 특징으로 하는 소정량의 액체를 탄산화하는 장치.
  5. 제3항에 있어서, 전기한 밀봉장치는, 수용성 접착제로 가장자리(85)가 고착된 불투과성재료시이트(83)로 이루어진 것을 특징으로 하는 소정량의 액체를 탄산화하는 장치.
  6. 제3항에 있어서, 전기한 일정한 시간은 10초 이상인 것을 특징으로 하는 소정량의 액체를 탄산화하는 장치.
  7. 제1항에 있어서, 전기한 유체적으로 연결하는 장치는, 전기한 이산화탄소원과 전기한 용기(7)에 인접한 배출구사이에 도관을 보유하는 매니폴드(15)와, 전기한 배출구에 연결한 확산튜브(53)와, 화산튜브의 저부에 연결된 확산막(55)으로 구성된 것을 특징으로 하는 소정량의 액체를 탄산화하는 장치.
  8. 제7항에 있어서, 전기한 유체적으로 연결하는 장치에는, 전기한 이산화탄소원과 전기한 배출구사이의 도관내에 체크밸브(48)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 소정량의 액체를 탄산화하는 장치.
  9. 제7항에 있어서, 전기한 유체적으로 연결하는 장치에는, 전기한 이산화탄소원과 배출구 사이에 전기한 도관과 연통되도록 압력방출밸브(44)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 소정량의 액체를 탄산화하는 장치.
  10. 제1항에 있어서, 전기한 연속블리이딩 장치는, 전기한 상부 공간에 연결되는 도관(67)(69)과, 도관을 통한 유동율을 제한하는 장치로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 소정량의 액체를 탄산화하는 장치.
  11. 제10항에 있어서, 전기한 유동율을 제한하는 장치는, 전기한 도관을 횡단하여 설치된 소정면적의 오리피스판(79)으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 소정량의 액체를 탄산화하는 장치.
  12. 제10항에 있어서, 전기한 유동율을 제한하는 장치는, 전기한 도관을 횡단하여 설치된 기공막으로 구성된 것을 특징으로 하는 소정량의 액체를 탄산화하는 장치.
  13. 제10항에 있어서, 전기한 도관은 대략 1/32인치의 직경을 보유하고, 전기한 유동율을 제한하는 장치는 기공율이 대략 0.22-24μ인 기공막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 소정량의 액체를 탄산화하는 장치.
  14. 용기와 액체가 상부공간을 한정하고, 도관부재가 용기의 저부근처에 이산화탄소를 유입하는 탄산화될 액체의 용기(17)와, 이산화탄소원을 포함하는 탄산화장치에 있어서, 소정압력을 유지하면서 상부공간을 연속적으로 통기하기 위해 상부공간에 유체적으로 연결되어, 도관부재와 상부공간사이의 연속직인 압력차에 의해 전기한 도관부재를 통한 이산화탄소의 유동이 유지되는 블리이드라인(65)장치가 구성되어 있는 것이 개선점인 소정량의 액체를 탄산화하는 장치.
  15. 제14항에 있어서, 전기한 블리이드라인 장치는, 상부공간과 대기사이에 설치된 도관(67)(69)과, 전기한 도관을 통한 유동율을 제한하기 위해 도관에 설치된 장치로 구성된 것을 특징으로 하는 소정량의 액체를 탄산화하는 장치.
  16. 제15항에 있어서, 전기한 유동율을 제한하는 장치는, 전기한 도관에 횡단하여 설치되는 오리피스판(79)으로 구성된 것을 특징으로 하는 소정량의 액체를 탄산화하는 장치.
  17. 제15항에 있어서, 전기한 유동율을 제한하는 장치는, 전기한 도관에 횡단하여 설치된 기공막으로 구성된 것을 특징으로 하는 소정량의 액체를 탄산화하는 장치.
  18. 제17항에 있어서, 전기한 도관은 약 1/32인치의 직경을 보유하며, 전기한 기공막은 기공율이 0.22-24μ인 기공막인 것을 특징으로 하는 소정량의 액체를 탄산화하는 장치.
  19. 제18항에 있어서, 전기한 기공막은 0.8-1.2μ인 막인 것을 특징으로 하는 소정량의 액체를 탄산화하는 장치.
  20. 용기(17)내에 소정비중(W)의 액체를 넣어서 상부공간을 한정하는 단계와, 상부공간 아래의 위치(h)에서 압력(P1)으로 액체에 이산화탄소를 유입시키는 단계와, 탄산화주기의 대부분에 걸쳐서 상부공간내의 가스압력(P2)가 P1-Wh이하가 되도록 상부공간내의 가스압력을 압력(P2)로 유지시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 소정량의 액체를 탄산화하는 방법.
  21. 제20항에 있어서, 전기한 이산화탄소를 유입시키는 단계는, 상부공간아래의 위치(h)에 통기성저부(55)를 보유하는 확산튜브(53)를 설치하는 단계와, 전기한 확산튜브를 통해 고압 이산화탄소를 유동시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 소정량의 액체를 탄산화하는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 전기한 고압 이산화탄소를 유동시키는 단계는, 물의 존재하에 약 10초후에 투과 가능하게되는 카아트리지(81)내에 물과 반응하여 이산화탄소를 생성하는 화학약품의 혼합물을 준비하는 단계와, 반응용기(13)를 물로 충전하는 단계와, 반응용기(13)내에 카아트리지(81)를 집어넣은 단제와, 화학약품이 물과 반응하기전에 반응용기(13)를 확산튜브(53)에 연결하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소정량의 액체를 탄산화하는 방법.
  23. 제20항에 있어서, 전기한 가스압력을 유지시키는 단계는, 상부공간을 밀봉하는 단계와, 상부공간의 압력을 P1-Wh미만으로 유지하기에 충분한 속도로 상부공간내의 가스를 블리이딩하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 소정량의 액체를 탄산화하는 방법.
  24. 제23항에 있어서, 전기한 밀봉하는 단계는, 제1나사형 개구부(33)와 제2나사형 개구부(57)사이에 도관(49)(51)(41)을 보유하는 매니폴드(15)내의 계 2나사형 개구부(57)에 용기(17)를 연결하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 소정량의 액체를 탄산화하는 방법.
  25. 제20항에 있어서, 전기한 이산화탄소를 유입하는 단계는, 전기한 제2나사형 개구부(57)의 도관(51)끝에 용기내의 액체내로 깊이(h)만큼 돌출되어 있는 통기성저부(55)를 보유하는 화산튜브(53)률 연결하는 단계와, 반응용기(13)를 물로 충전하는 단계와, 물과 반응하여 이산화탄소를 발생하는 화학약품이 들어있으며 물에 투입한 화학약품이 반응할 때까지 적어도 약 10초간의 지연잇되는 화학약품의 카아트리지(81)를 반응용기(13)내에 배치시키는 단계와, 화학약품의 반응하기 시작하기 전에 제1나사형 개구부(33)에 반응용기(13)를 연결하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 소정량의 액체를 탄산화하는 방법.
  26. 제20항에 있어서, 전기한 가스압력을 유지시키는 단계는, 상부공간과 대기사이에 도관을 설치하는 것과, 탄산화중에 화산튜브(53)를 통해 이산화탄소가 연속적으로 유동하여 상부공간의 압력이 대기압 이상으로 유지되도록 전기한 도관내에 유동저지 장치를 배치하는 것으로 이루어진 것을 특징으로 하는 소정량의 액체를 탄산화하는 방법.
  27. 물과 혼합하여 이산화탄소를 생성하는 화학약품의 혼합물과, 전기한 화학약품을 밀봉며 적어도 10초간은 물이 투과하지 못하고 그 후에는 물이 투과하여 화학약품이 물과 반응하기 전에 시간지연이 되도록 하는 장치로 구성된 것을 특징으로 하는 탄산화장치용 화학약품 카아트리지.
  28. 제27항에 있어서, 전기한 화학약품을 밀봉하는 장치는 불투과성커버(83)와, 불투과성커버의 가장자리(85)를 접착하는 수용성 접착제로 구성되며 전기한 수용성 접착제는 전기한 카아트리지(81)가 직어도 약10초간 물이 투과하지 않게 유지하는 속도로 물에 용해되는 것을 특징으로 하는 탄산화장치용 화학약품 카아트리지.
  29. 제28항에 있어서 전기한 수용성 접착제는, 불투과성커버(83)의 가장자리(85)에 도포되는 아교인 것을 특징으로 하는 탄산화장치용 화학약품 카아트리지.
  30. 제28항에 있어서, 전기한 불투과성커버는 양피지튜브로 이루어진 것을 특징으로 하는 탄산화장치용 화학약품 카아트리지.
  31. 제27항에 있어서, 전기한 화학약품의 혼합물은, 화학론적 비율로 시트르산과 중탄산나트륨으로 이루어진 것을 특징으로 하는 화학약품 카아트리지.
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