[发明专利]流体混合装置

说明书

技术领域

本发明大体涉及用于流体混合的装置的领域。更具体地，本发明涉及一种用于将气体添加至流体的设备，例如用于从非碳酸饮料获得碳酸饮料的碳酸化设备。

背景技术

碳酸饮料，例如发泡水（sparking water），由于对味觉受体的刺激和麻醉作用，提供了一种对味觉的不寻常的解渴和提神的感觉，并因此特别受到相当数量的消费者的喜爱。在目前的状况下，由于天然的发泡水源（即自然含气的）相对于市场需求显得不足，碳酸水的发泡特征往往是通过俗称为碳酸化器的设备（家用型或工业型）人为地获得，碳酸化器实施将二氧化碳（也称为CO₂）添加到非碳酸水中的处理过程。

本技术中有几种碳酸化设备是已知的，它们基本上基于由适当的流体动力系统实现的相同的工作原理。在这样的系统中，在瓶内以高压（通常大约在40巴（bar）的压强）压缩的二氧化碳收集在合适的容器（称为碳酸化器）中。碳酸化器还适于在其中容纳原始水（primary water）或待碳酸化的水（或总的来说，其它类型的非碳酸饮料），并适于在碳酸化器中提供二氧化碳和原始水之间的混合过程中产生的碳酸水。

具体地，混合过程是这样的：进入到碳酸化器中的二氧化碳的一部分与原始水混合，由此形成碳酸水，而二氧化碳的其余部分在碳酸化器中仍然不溶。众所周知，碳酸化器中的这种不溶的二氧化碳的压力值是表示所获得的碳酸水的碳酸化程度的参数；事实上，二氧化碳-水的溶解大体上遵循亨利定律（Henry law），根据该定律，在恒定的温度下，在给定的液体体积中溶解的气体的量正比于溶液上方的气体的压力。

通常，销阀（pin valve）拧进瓶子的入口，所述阀能够由销驱动器（pinactuator）触发，当瓶子未插入系统中时，所述销阀防止气体从瓶子流出。

已知的水碳酸化系统包括机械减压器的使用，用于将瓶内压缩的二氧化碳的高压降低至碳酸化器中处于平衡状态时的期望压力；如上文提到的，该压力取决于碳酸水所需的碳酸化程度，但通常大约在4巴左右（因此在下文中，相对于瓶内的二氧化碳的高压，将其称为低压）。

这样的减压器通常为两用设备：一方面完全拧在瓶子的销阀上，用于接收高压气体，另一方面用于向碳酸化器中提供低压气体。所述销容置在这样的设备（以便一旦将该设备拧到阀上即促使气体从瓶中流出）以及执行实际减压操作的机械设备中；该机械设备通常包括隔膜和弹簧，通过在适当压力作用下变形，所述隔膜触发滑门（shutter），由此将其推至减压器的打开结构中；而弹簧连接至隔膜并可由适当的旋钮进行外部调节。

更具体地说，通过旋钮对弹簧进行预压紧，隔膜在滑门上产生推力，促使减压器打开，从而使二氧化碳从减压器的第一通路流入第二通路并因此进入碳酸化器中；应该指出的是，凭借瓶子和碳酸化器之间的压力差，气体流动由已知的文氏管效应作用促进并辅助，文氏管效应实质上遵循反比例定律将流体流的压力和速度联系起来。

碳酸化器内的压力增大至期望值（取决于期望的碳酸化程度，并且由弹簧加载的程度建立），在隔膜本身上产生相反于弹簧在隔膜上施加的力的推力。这在滑门上产生反向推力，通过阻碍二氧化碳向碳酸化器流动，该反向推力决定了减压器的关闭。因此，销阀由作用在隔膜上的相反的力调整，所述相反的力包括：减压器下游的气压（倾向于将其关闭），和弹簧的推力（倾向于将其打开）。

但是，使用这种碳酸化系统存在这样的缺点，无论在处理有大量的水和/或饮料的工业应用中，还是在家庭使用中，其可靠性随时间降低。首先，隔膜以及与其相关的滑门的使用需要非常精密和复杂的系统以及精密的部件。此外，当瓶内二氧化碳的（高）压力完全施加在减压器上时（通过第一通路），减压器需由不可变形且高抵抗力材料（例如金属，或其合金）制成，同时又要保持较低的生产成本，这些同时做到是很难的。

此外，调节碳酸化程度必须通过旋钮在弹簧上施加负载来手动实现，因为由部件的不同的、不可预测的磨损程度所产生的机械公差及其不可控的变化，这种调节的精度可能在很多应用中是不足的。

此外，这样的系统需要在处于平衡状态时，碳酸化器内的压力不低于预设值；当弹簧由旋钮调整后，该压力必须足以克服弹簧力，以施加最小推力在隔膜上，否则在这种条件下，减压器的关闭（以及由此的气体的中断）将不会发生。最小压力的需要明显限制了能够获得的碳酸化程度，因此很难满足消费者的不同需求和口味。

发明内容

鉴于以上对现有技术的描述，本发明的目标是克服上述不足。