用于生产起泡饮料的系统、方法和胶囊

摘要

本申请涉及用于生产起泡饮料的系统、方法和胶囊。具体地，本申请公开了用于生产和提供CO2气体的系统和方法。可密封的腔配备有加热装置，并且当CO2载体材料如碳酸氢钠被放置于其中并且被加热到分解温度时，释放CO2气体。将释放的气体输送到容器内的液体中，并且当容器中气体的压力升高时，越来越多的CO2气体被溶解。加热可通过导热机构、微波加热机构或者通过感应机构来实现。碳酸氢钠或包含二氧化碳的任何其他材料可以粉末、固体、悬浮液、乳液、溶液或湿粉末的形式被设置。它可设置在薄的外壳中。

说明书

本申请是申请日为2013年08月18日的题为“用于生产起泡饮料的系统、方法和胶囊”的中国专利申请号201380045615.X的分案申请。

背景技术

通过把二氧化碳溶解在液体中，通常通过加压具有二氧化碳的液体来制造起泡饮料。当起泡饮料的压力降低时，二氧化碳气泡可形成并且从液体中出来。

二氧化碳通常被提供为加压罐或加压筒中的加压气体。例如，碳酸水可通过可再冲电的苏打虹吸管(苏打枪，soda siphon)或一次性的二氧化碳筒制作。苏打虹吸管可填充有冷却水，并且二氧化碳可在压力下被添加。这种方式生产的起泡饮料往往只是轻微含气的。

可替代地，可使用碳酸化器或碳酸化机。碳酸化器从家庭规模的机器比如Sodastream

然而，对于制造业来说加压的CO

CO

Plester的US专利5,182,084公开了便携式的碳酸化器，其包括在一次性气体产生筒上操作的内置的CO

Plester的US专利5,350,587公开了CO

Gupta的US专利4,636,337公开了用于分配气体CO

Stumphauzer的US专利5,192,513公开了使用在一个压力容器中发生的化学反应，把CO

Rudick的US专利5,021,219公开了用于自行调节CO

Blaxter的GB专利323102公开了将碳酸水和二氧化碳泵到碳酸化容器的碳酸化设备，其中用被泵到该容器中及泵到混合泵的脱气水供给所述碳酸化容器，其中混合泵提供水和二氧化碳给碳酸化容器。

Stumphauzer的国际专利申请公开WO 94/10860公开了用于液体的快速碳酸化的设备和方法。该设备由连接在一起的两个容器组成，其中在所述容器中使用二氧化碳化合物和水产生气体，其中当所述水与化合物反应时产生气体。该设备是非常笨重的，并且包括大量的部件(阀门、密封件、弹簧、导管等)。

Novak的国际专利申请公开WO 2011/094677公开了用于使液体碳酸化的系统、方法和圆筒。二氧化碳可被提供存在于用于生产要溶解在液体中的CO

Novak等人的US专利公开2011/226343公开了用于使前体液碳酸化从而形成饮料的系统方法和圆筒。由Novak等人公开的系统和方法需要通过将沸石暴露在火炉中550℃的温度下持续5小时给沸石装载二氧化碳，然后立即将沸石珠转移到密封的金属容器中，二氧化碳充满容器，并且给容器加压到5-32psig持续1小时。在该过程中，沸石珠被装载二氧化碳，其中当所述二氧化碳暴露在水或其他液体以及水蒸气和湿气中时其可被释放。因此，被装载的沸石必须被包装在没有湿气的设施和抗湿气的包装中。应当理解，上面的装载过程使制备碳酸饮料的圆筒的制备相对昂贵。上面的系统和方法的另一个缺点是被装载的沸石对湿气高度敏感，并且与湿气的任何相互作用或液体激活从圆筒中释放二氧化碳。因此，该圆筒的货架寿命受到限制，并且需要小心处理以避免对圆筒中沸石的密封包装的机械损伤。

发明内容

公开了用于提供二氧化碳气体的设备，该设备包括压力密封的压力腔，适于用包含二氧化碳的物质填充；气体导管，在它的近端处连接至所述腔以提供来自于所述腔的所述气体；热能单元，提供能量以加热在所述腔中的所述物质；以及安全压力出口，当所述压力超过预定压力水平时其从所述腔中释放压力，其中所述腔包括基体元件和盖元件，所述基体元件和所述盖元件在闭合的位置适于保持所述腔中的压力，并且当在开放的位置时适于打开并允许插入和移除物质。方法可进一步包括启动循环装置以从所述瓶中抽出液体，并且把它喷射回瓶中。该方法的特征在于，提供热是通过给位于所述腔周围的电热器供能，通过使用基于微波的加热元件，或者通过为物质提供感应加热能量实现。

也公开了用于生产起泡饮料的方法，该方法包括提供压力腔和可连接至瓶的压力可密封的瓶进料管，以压力密封的方式将填充有液体的瓶附接到压力密封的瓶进料管，将包含二氧化碳的物质放置于腔中，压力密封腔，以及为底物(物质，substrate)提供热。设备可进一步包括容器盖，被设置成使导管以压力密封的方式通过盖，并且该盖被设置为距导管的远端一距离以确保当填充有液体的容器适于并紧闭所述容器盖时所述导管的所述远端浸没在所述液体中。设备可进一步包括循环装置，该循环装置包括循环泵；入口导管，在所述泵的入口孔连接至所述泵，并且被制成当所述容器附接到所述设备并且填充有液体时，具有浸没在所述容器的所述液体中的入口导管的自由端；以及出口导管，在所述泵的出口孔连接至所述泵，并且被制成将从所述泵中接收的液体喷射到所述容器的顶部空间中。

进一步公开了在提供二氧化碳气体的设备中产生气体的胶囊，所述胶囊包括以固体、粉末、湿粉末、溶液、乳液和悬浮液的形式中的一种存在的碳酸氢钠。所述胶囊可进一步包括至少一种添加剂，来自包括以下各项的清单：味道添加剂、风味添加剂和色素添加剂。一种或多种添加剂可以是固态或液态。可替代地或另外地，胶囊可包括铁片或者具有高导磁率的其他材料。胶囊可被封装在非含铁材料的薄的外壳(包封，包壳，envelope)中，其中所述外壳具有在它的壁上制作的一个或多个穿孔以允许在外壳中产生的气体的释放。外壳可具有多于一个的隔室。这些隔室中的至少一个可含有以固体或粉末的形式的二氧化碳载体材料，并且至少一个另外的隔室可含有液体以在加热外壳前润湿二氧化碳载体材料，以启动来自于二氧化碳载体材料的气体释放。

附图说明

被认为是本发明的主题被特别指出并且在该说明书的结论部分被明确要求。然而，关于操作的组织和方法以及其目的、特征和优点，当结合附图阅读时，通过参考下面详细描述可最好地理解本发明，其中：

图1是根据本发明的实施方式的碳酸化系统的示意图；

图2是根据本发明的实施方式的用于为气泡饮料的生产提供压缩气体的系统的示意图；

图3是根据本发明的实施方式的用于为气泡饮料的生产提供气体的系统的示意图；

图4是根据本发明的实施方式的用于为气泡饮料的生产提供气体的系统的示意图；

图5是根据本发明的实施方式的用于为气泡饮料的生产提供气体的系统的示意图；

图6A和图6B是根据本发明的两个实施方式的横截气体生产单元的中间而作的气体生产单元的两种形式的横截面视图。图6C、图6D和图6E、图6F为相同单元的可选的俯视图。

图7是根据本发明的实施方式的横截气体生产单元的中间而作的气体生产单元的横截面视图；以及

图8A和图8B是根据本发明的实施方式的用于例如为起泡饮料的生产提供气体如CO

应当理解，为了简单和清楚的示出，图中所示的元件不一定是按比例绘制。例如，一些元件的尺寸相对于为了清楚显示的其他元件可被放大。进一步地，在认为适当的地方，参考数字可在图中重复以指示相应的或类似的元件。

具体实施方式

在下面详细的说明中，许多具体细节被阐述以便提供对本发明深入的了解。然而，本领域技术人员应当理解，本发明没有这些具体细节也可以实施。在其他实例中，众所周知的方法、过程和组件没有详细地描述，以免模糊本发明。

尽管本发明的实施方式没有局限在这方面，但是如本文所使用的术语“多数”和“多个”可包括，例如“多数的”或“两个或更多个”。术语“多数”或“多个”可在整个说明书中使用以描述两个或更多个组件、设备、元件、单元、参数等。除非明确说明，否则本文所述的方法实施方式没有被限定到特定的顺序或序列。另外，一些所述的方法实施方式或其元件的可在相同的时间点出现或执行。

将组合物加热到高于组合物的热分解温度的温度以使其分解，这是众所周知的。同样地将组合物加热到高于相变温度的温度以使组合物经历相变，这是众所周知的。例如，将包含CO

CaCO

也就是说，该煅烧过程把石灰石分解成石灰(氧化钙)和二氧化碳。通常大规模(工业)中的进行的煅烧过程的众所周知的示例有意要从组合物中去除某些不需要的组分。一个实例是水合矿物的分解，如在铝矾土和石膏的煅烧中以去除结晶水。另一个实例是包含在原料石油焦中的挥发物的分解，以及还有另一个实例是在沸石合成中的铵离子的去除。

用于使液体碳酸化的许多设备和方法是已知的。一些要求复杂的和笨重的仪器和多阶段方法，甚至是用于供个人使用的碳酸化饮料的生产。几个已知的设备和方法公开了当被化学激活时释放可用于液体的碳酸化的二氧化碳的试剂对，用来制造气态饮料。其他设备和方法利用包含在高压容器中的预加压的CO

下文中所述的本发明实施方式的发明者已经发现了，在煅烧过程中可从相对少量的碳酸氢钠中释放的CO

加热材料如碳酸氢钠(NaHCO

根据所需改变，同样适用于以其他状态和形式，比如以干或湿粉末或以溶液或乳液状态存在的碳酸氢钠。

根据本发明的实施方式，起泡饮料，也被称为碳酸饮料，可以通过加热CO

在超过70℃(摄氏度)的温度下，碳酸氢钠逐步分解成碳酸钠、水和二氧化碳。该转变在200℃是迅速的。例如，在180摄氏度加热8克碳酸氢钠可生产1.5升CO

根据由本发明的发明者进行的实验，CO

根据本发明的实施方式，当使用溶液、悬浮液、乳液或湿粉末状态的CO

现参考图1，其为根据本发明的实施方式的碳酸化系统10的示意图。系统10可包括CO

参考图2，其为根据本发明的实施方式的用于为起泡饮料的生产提供加压气体的系统200的示意图。根据本发明的实施方式，系统200可包括高压腔204，高压腔204包括腔的盖元件204A和腔的基体元件204B组成的。压力腔204通过压力密封的瓶进料管202可与液体容器(或瓶)201连接。管202一端可连接到腔204，并且另一端通过管出口202B连接到瓶201。管出口202B可被插入到瓶1，并且瓶盖202A可组装到管202上从而能够密封管202到瓶201的连接。在其盖元件204A和基体元件204B彼此紧密闭合之前，CO

如本领域众所周知的，物质的沸点是液体的蒸汽压等于液体周围的压力并且液体变成蒸汽的温度。因此，提高液体周围的压力将使液体到达沸点的温度提高。也就是说，在高围压下的液体具有比当该液体在大气压时更高的沸点。

根据本发明的一些实施方式，CO

根据本发明的一些实施方式，加热设备207可以是感应加热设备。根据其他实施方式，加热设备207可以是微波加热器。

系统200可包括温度调节器206，其可包括温度传感器以测量腔204内的温度并且提供反馈给加热设备207，以便调节温度到例如150至400摄氏度间。应当理解，当在单元205中的CO

CO

现参考图3，其为根据本发明的实施方式的用于为起泡饮料的生产提供气体的系统300的示意图。系统300可以与图2的系统200非常相似，然而，它可以进一步包括风扇303以冷却在管320中流动的气体，其中管320可以是例如螺旋形从而能够更有效地冷却生产的气体。

先参考图4，其为根据本发明的实施方式的用于为起泡饮料的生产提供气体的系统400的示意图。系统400可包括经由导管23并且通过气体处理塞24与气体处理口23A连接的CO

根据本发明的一个实施方式，气体生产单元20可进一步具有入口(未示出)，该入口用于将液体从气体生产单元20之外的源(比如液体容器100)引入到压力密封的腔21中以润湿固体或干粉末形式的置于腔21内的CO

根据一些实施方式，被引入到腔21中的液体可以是水。根据其他实施方式，被引入到腔21中的液体可以是有添加剂比如味道和/或颜色添加剂的水。仍然在本实验的另外地实施方式中，被引入到腔21中的液体可以是食用油和/或芳香油。根据其他实施方式，该液体可以是水和油比如芳香油的乳液。应当理解，可以使用其他液体。

系统400可进一步包括循环装置40，比如泵，其适于经由导管40A从容器100中泵出液体，导管40A的远端适于浸没在容器100中的液体中并且适于经由导管40B将该液体返回到容器100中。根据一个实施方式，导管40A和导管40B可通过处理塞24，然而，可以使用其他实施方式。根据另一个或另外的实施方式，导管40A和导管40B可通过热交换器(未示出)以将导管40A和导管40B中的液体冷却到所需的温度。循环装置40的远端的导管40B的末端可距塞24一距离，塞24将确保当容器100大体上是直立位置时循环装置40的末端在容器100中的液体之外。经由导管40B返回的液体可以被喷射到容器100的顶部空间中，例如可通过形成导管40B的远端以提供喷雾形式的液体。由循环装置40的操作引起的循环可改善(即消耗溶解在容器中的CO

现参考图5，其为根据本发明的实施方式的用于为起泡饮料的生产提供气体的系统500的示意图。腔20、导管23、塞子24和气体处理口23A被建立并且可发挥非常像在图1的实施方式中的它们的各自元件的功能。系统500可进一步包括压力控制单元30，其包括压力传送器/仪表读数30A、压力控制单元30B和热控制线30C。生产的气体的压力可在气体导管23或在相似的位置中被测量。气体压力指示可由压力控制单元30B提供。压力控制单元可作为简单的开/关单元，当测得的气体压力超过第一预定值时所述开/关单元关掉热能供应单元20C，并且当压力下降低于第二预定的压力值时所述开/关单元恢复加热。在其他的实施方式中，控制单元30B可执行更加复杂的控制功能，在测得的压力和基准值间的差的比例、微分和积分(PID)中的一个或多个这样的组合。其他控制功能也可被利用以实现更快的响应、最精确的产生的压力等。对于本领域技术人员来说以下所述将是显而易见的，传递到活性材料比如图1、图4和图5的片剂15或图2和图3的片剂205的热量在生产的气体的释放的总量和总速率上有影响，所以当所提供的热量使片剂15或片剂205达到高于分解温度的温度时，气体将开始释放，并且高于分解温度的温度将提高释放速率。

根据本发明的实施方式，在列表中各种加热方法中的一个或多个方法中热可被转移到片剂。现参考图6A和图6B，分别为根据本发明的两个实施方式的两种不同形式的气体生产单元620和630的横截面侧视图，横截气体生产单元的中间而作，并且参考图6C、图6D和图6E、图6F，其为相同单元的可选的俯视图。气体生产单元620和630被设计用于转移热给在热传导装置中的各自片剂650和652。热在可形成为热发生器(例如，一个或多个电热器元件)的热能供应单元620C、630C中产生，并且经由加热腔基体单元620B、630B被传导给片剂650、652。为了实现高热传导能力，与片剂650、652相交接的表面积的大小，基体单元520B、630B的内底面用从底部分别向腔620、630的内部突出的散热片制造。这些突出物分别形成散热片622、632，其中在视图中垂直于图6A、图6B视图的平面的加热片622、632可具有如图6C/图6D或图6E/图6F分别所述的形式，其中伸出的加热片由粗黑线描述。片剂650、652然后将分别制作凹槽以宽松地适合它们各自的加热片622、632。在热转移中进一步的改善可通过使用以湿的形式的CO

根据本发明的实施方式，使用感应加热机构，热可在气体生产单元中的片剂内生产。现参考图7，其为根据本发明的实施方式的横截气体生产单元的中间而作的气体生产单元720的横截面视图。在该实施方式中，气体发生单元720的热能供应单元720C被形成为如用于感应加热的在本领域中所知的感应AC电磁发动机。片剂750包括在其中基本均匀地伸展的铁片或铁合金片。根据一些实施方式，这些片可由具有高磁导率的其他材料组成。当热能供应单元720C通电时，电磁能引起片剂750内的铁片/含铁片的加热，这进而加热片剂中的活性材料。在由目前发明的发明者实施的实验中，观察到供应给热能供应单元720C的功率等于供应给在热传导机构中工作的加热器的功率，然而，具有相同量的碳酸氢钠的片剂的加热导致在相较于热传导机构较短的时间内加热到相同的温度，并且生产的CO

为了与感应加热一起使用而制作的片剂可包括被估算以在确定的时段内提供足够供热的一定量的含铁片。根据另一个实施方式，热生成材料可以是碳片。可以选择在片剂中的片的尺寸、球形密度和分散的统一水平，以达到加热的所需水平和用于该加热所需的时间。根据一些实施方式，用于CO

在由本发明的发明者实施的实验中，他发现当使用感应机构加热片剂时，片剂的分解速率和气体生产的速率可保持与具有加热腔的较低温度的传导加热中的相同。

加热腔单元720A和720B可非含铁的金属组成，当启动电磁能时将最小化对其的加热。

现参考图8A和图8B，其为根据本发明的实施方式的用于例如为起泡饮料的生产提供气体如CO

根据本发明的方法的一些实施方式，将液体引入到压力腔中可先于在压力腔内的CO

虽然描述了涉及起泡饮料的制备的本发明的实施方式，但是本发明的实施方式不局限于本申请。可根据本发明的实施方式为需要碳酸化液体的任何其他合适的应用生产碳酸化液体。