JPH0199636A - 低圧、高効率炭酸化装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液体の炭酸化に関し、より詳しくは、ガス及
び液体の低い作動圧力において実質的に連続的に炭酸水
の供給を行うための改良された手段に関するものである
。

〔従来の技術〕

ある種の公知の炭酸化装置は通常、雰囲気温度での炭酸
化を行うについて、６２１から７５８ｋＰａ（キロパス
カル）（９０から１１０ｐｓｉ）の入口ガス圧力で作動
する。ポンプは通常、８９６ｋＰａ　（１３０ｐｓｉ）
程度の、或いはこれよりも大きな圧力において、液体を
圧力容器へと供給する。このような高い液体圧力は、高
価な材料を使用することを必要とするものであり、多く
の場合、安価なプラスチック構成部材を使用することは
排斥される。

上記のような従来の装置の別の欠点は、人力される水の
供給がポンプの運転中に遮断された場合に、ポンプが簡
単に壊れてしまうことである。このような状況は、配管
修理のために都市水道の供給に断水があったり、又は入
口フィルタが閉塞したりといったことに起因しうるちの
であり、短時間の内にポンプ内部の部材を損傷し、高価
な修繕費用と飲料販売の損失をもたらす。ポンプの損傷
を防止するためにセンサーが利用可能ではあるが、これ
らは装置に対する費用を増大するものでもある。

従来の装置の別の欠点は、ポンプと炭酸化装置（ソーダ
水器）とを分離することの困難性に存する。分離を行う
ことは、安全係数や騒音、又は装置の集中化が考慮され
る用途にとって望ましいことである。装置の分離は現在
では、ポンプ及び炭酸化装置の両者を遠隔地に配置し、
給水地点の近くのコールドプレート又は他の冷却手段へ
とソーダ用ラインを通すことによって行われている。

このような構成にとって本質的な欠点は、炭酸化装置と
冷却給水地点との間において炭酸水が脱炭酸する傾向の
あることである。接続されたソーダ用ラインを温暖な雰
囲気を通して配管した場合には、この状況は悪化する。

ポンプとモーターとを炭酸化装置から物理的に分離すれ
ば、脱炭酸は回避しうるのであろうが、二つの地点の間
に電気的な配線を設置する必要性に鑑みれば、そのよう
にすることは面倒であり、また経済的にも望ましくない
。′ポンプと炭酸化装置との間の電気的配線の必要性は
また、特にコールドプレートの設備において、炭酸化装
置に冷却された水が供給され且つ冷却雰囲気に漫される
場合に可能となる低い作動圧力を利用することを困難な
ものとする。

低圧炭酸化装置として、氷点又はそれ以下の温度で作動
し、炭酸化すべき液体を連続的に循環させるか或いは他
の場合には攪拌する手段を存するものがある。これらの
装置は非常に効率的であるが、後に混合を行ったり（ｐ
ｏｓｔ−ｍｉｙ；）家庭で飲料を調製する用途には適し
ていない。また所要の冷却は、現在使用されている標準
的な後混合装置においては達成困難なものである。

また別の低圧炭酸化装置として、乾燥冷却システム、巨
大なステンレススチールの炭酸化タンク、幾つかのシロ
ップタンク、及びこのユニットを都市水道給水へと配管
するための手段とを含むものがある。この装置の欠点は
、効率的でないオンライン炭酸化にある。そのためにこ
の装置の作動はかなりの程度まで、自然吸収による長時
間にわたる炭酸化に依存しており、そしてこの過程によ
って炭酸水の多量の貯蔵量が炭酸化される。この装置の
別の欠点は、後にさらに述べるように、大気ガスの堆積
のために、数リットルの炭酸水を給水した後に効率的な
作動を継続することができないことである。

家庭用冷蔵庫について、後混合飲料炭酸化システムとし
て炭酸化装置を導入しようとする試みが行われてきた。

これらの装置の問題点の一つは、寸法が比較的大きく、
また製造コストが高いということである。このようなシ
ステムには、フレーバーシロップを貯蔵し、システムに
よって製造される炭酸水と同時に該シロップを給水する
手段が含まれる。このシロップ貯蔵及び給水手段は、冷
蔵庫中に必要な空間や、システムの複雑さ及びコストの
増加をもたらす。冷蔵庫の戸棚の空間は貴重なものであ
り、かかるシステムによって占拠される空間は、冷蔵庫
内で利用可能な食料貯蔵の選択性や自由度を減少させる
ものである。

他の提案として、高圧ポンプ及び他の電気的装置を冷蔵
庫内に使用するものがある。しかしかかる装置は多くの
場合コストがかかり、電気を冷蔵庫の内側にまで配線す
ることを必要なものとするが、これはレトロフィツト取
り付けにおいては望ましくない斜前事項である。

空間の利用を妨げる別の構造要素には、炭酸化装置と同
じハウジングに配置される二酸化炭素シリンダがある。

さらなる欠点は、システムを維持するのに必要となる比
較的面倒なマニュアル作動と、一定量の水を炭酸化する
ための５から６時間の待ち時間が含まれることである。

他の欠点としては、パッチ型式のシステムとしばしば結
び付く、二酸化炭素の過剰な使用がある。家庭用飲料シ
ステムの最も高価な部品の一つはガス貯蔵圧カシリンダ
であることから、所与の量の二酸化炭素によって調製し
うる飲料の数量というのは、考慮すべき重要な事項であ
る。

過剰な二酸化炭素を使用するということは、取りも直さ
ず、大容量の貯蔵シリンダ及び所定の作動レベルを達成
するについてのより高い初期コストを意味するものであ
る。或いは別の言い方をすれば、所定の寸法の二酸化炭
素コンテナによって供給され得る飲料の数量が減少する
ということである。バッチ型式の炭酸化装置においては
通常、各サイクルの終わりに抜気を行うことが必要とな
ることから、それらを使用する場合には一般に、他の構
成による炭酸化装置の場合よりも飲料光たりについてよ
り多くの二酸化炭素が必要となる。給水される液体の容
積と６２１ｋＰａにおいて等しい容積の二酸化炭素が、
各充填サイクルの間に抜気される。従って、抜気される
二酸化炭素だけでも、品質良好な飲料に必要とされる量
よりもかなり多量である。

〔発明の解決しようとする課題〕

そこで本発明の課題は、より低い液体作動圧力において
飲料を炭酸化するための装置及び方法を提供することで
ある。

本発明の別の課題は、モーターについて必要とされる馬
力、ポンプの圧力発生能力、及び所定容積の液体を炭酸
化するのに必要とされる装置全体の物理的な大きさ及び
重量を減少させることである。

本発明のまた別の課題は、大気温度での炭酸化用途にお
いて全部がプラスチック製のポンプを使用することを可
能ならしめる、後混合用炭酸化装置を提供することであ
る。

本発明のさらに別の課題は、改良された炭酸化システム
であって、そのポンプ部材が、かなりの時間にわたって
損傷なしに、流れのない状態を許容しうるちのを提供す
ることである。

本発明のなお別の課題は、実質的にプラスチック材料で
形成されていて製造コストが低く、後混合して飲料を調
製する用途に使用するのに適している改良された炭酸化
容器を提供することである。

本発明のさらなる課題は、炭酸化装置のタンクからモー
ターへの配線の必要性を除去することができ、また低温
低圧炭酸化の利点を利用し経済的に実施可能であるよう
な、信頼性があり効率的な液位制御手段を提供すること
である。

本発明のさらに別の課題は、家庭用飲料給水の用途のた
めの低コストの炭酸化装置であって、殆どの都市領域で
得られる都市水道の水圧を使用して高いオンライン作動
効率を得られるものを提供することである。

本発明のさらに別の課題は、二酸化炭素ガスの使用を継
続し、レトロフィツト又は当初の製造工程において容易
に設置でき、冷蔵庫内での空間効率が良く、殆どの国内
での使用について高圧ポンプの必要性を除去し、冷蔵庫
の部材に対する配線及ｄ配管が容易であり、そして清涼
飲料の調製を容易とするような、家庭冷蔵庫用の炭酸化
システムを提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、炭酸化用圧力容器に対し、実質的に完
全に開いているか又は完全に閉じているモードにおいて
のみ作動する弁が組み込まれ、作動弁を介しての圧力降
下を減少させ、それにより必要な作動圧力を減少させる
ようになっている。

このような弁は、二酸化炭素の溶解を行わせるために利
用可能な都市水道の圧力を最大限に利用することを可能
ならしめる。圧力が適当な炭酸化を行うには不十分な領
域においては、小さなブースタポンプを簡単に付設する
ことがで　。

き、単一のユニット中に圧力スイッチを組み込んで、ポ
ンプと炭酸化用圧力容器とが電気的配線の必要なしに分
離されることを可能にすることができる。作動圧力の減
少は、低コストのプラスチック製圧力容器及び冷蔵庫の
棚の中に都合良く格納できるプラスチック製給水子備冷
却器を使用することを可能ならしめる。圧力容器内のガ
ス圧力及び液位は自動的に制御され、堆積された大気ガ
スを二次溶解技術を介して抜気することにより、高い炭
酸化効率が維持される。

炭酸水は必要に応じて圧力容器から取り出され、一つの
実施例においては、最終的に炭酸化された清涼飲料を製
造するためにコンテナ中でのフレーバーシロップとの後
の混合を確実なものとするような方式でもって給水され
る。

〔実施例〕

第１図の液体の流れの概略のダイヤグラムを参照すると
、そこには本発明の幾つかの側面を具体化した炭酸化シ
ステムが示されている。大気温度にある水が供給源２か
らポンプ装置４及びポンプ６へと、フィルタ８及び内部
の逆止弁１０を介して入る。このことは、ライン水圧に
ついてポンプをブースタとして使用することを可能なら
しめ、か（してどのような所望の圧力においても、所定
の容積の液体を給送するのに必要とされるモーターの寸
法及び能力を最小のものとする。供給源２における圧力
がその用途にとって充分に高いものであるならば、ポン
プ装置４は省略可能である。ポンプ６は、もし使用する
ならば、過剰の圧力を調節し且つ軽減するために、通常
はバネ負荷されているバイパス弁１２を備えることがで
きる。バイパス弁１２は、もし備えられる場合には、最
少量の液体を循環するようにすべきである。何故なら、
そのような循環はポンプのエネルギーを必要とするから
である。

与圧された液体は内部逆止弁１４を介して導管１６を通
り、その後逆止弁１８及び逆止弁２０を通って、全体が
２２で示された圧力容器の内部へと入る。二重の逆止弁
１８及び２０は、ポンプを通る逆流を阻止し、都市の法
令によっては、飲料用水源を保護するために必要とされ
るものである。

好ましい実施例においては、これらの逆止弁は圧力容器
２２の弁の入口ポート２４へと組み込まれる。圧力容器
２２には、機械的に付勢されるダイヤフラムフロート弁
２６が備えられ、この弁はその本体に機械的に連結され
たセンサー要素２８を含む。液位３０及びこのセンサー
要素が予め定められたレベルよりも下方に下がった場合
には、弁２６が開放し、導管１６内の圧力は該容器内の
圧力と等しいか又はそれ以下へと下落し、圧力スイッチ
３２が閉じてポンプ６へと給電する。本発明の重要な特
徴は、弁２６が完全な「オン」又は「オフ」モードにお
いてのみ作動し、「オン」モードにおいて最小限の圧力
降下抵抗をもたらすということである。これとは対照的
に、今日入手可能である殆どの機械的なフロート弁は、
オリフィスの周囲に着座する器具に接続されて作動する
液位検出要素を使用している。かかる弁に本質的な特徴
は、有効なオリフィス領域及び流量が、検出要素の位置
の関数であるということである。最大の液位において弁
を遮断するような用途においては、フロートが最大レベ
ルに近づくにつれて、流量は減少し弁の摩擦損失は増大
する。しかしこのような特徴は、炭酸化を行う用途、特
に入口圧力が限定されている用途には望ましくない。こ
のような型式の弁はまた漏れを生じがちであり、このこ
とも炭酸化という用途には有害である。そこで本発明で
は、炭酸化される液体の全圧が、ノズル３４において直
ちに得られるようにしている。どのような種類の摩擦損
失も重要な斜前事項であるから、総ての配管システムが
所望とする流れにおいて実質的に摩擦損失ゼロとなるよ
うな寸法を有することが望ましい。液位３０及びセンサ
ー要素２８が所定のレベルまで上昇したならば、弁２６
は迅速に閉じ、圧力容器内への液体の全部の流れは英知
として停止され、導管１６内に突然の圧力上昇をもたら
す。ポンプ装置４が使用されているならば、圧力スイッ
チ３２は直ちにポンプ６を消勢する。

今説明したシステムの重要な特徴は、ポンプ装置４を圧
力容器２２から、導管１６に沿って何処へでも分離しう
る能力にある。導管１６中の破断個所３６及び３８は、
この特徴を図示するために示されたものである。

二酸化炭素は貯蔵シリンダ４０から、遮断弁４２、圧力
調節装置４４、逆止弁４６及び拡散要素４８を介して圧
力容器２２へと供給される。圧力容器２２内における圧
力は調節装置４４により、システムの液圧装置及び配管
によって生ずる圧力降下の差動限界内に維持される。圧
力ゲージ５０が、貯蔵シリンダ４０内の圧力と圧力容器
２２へのライン内の圧力とを整合させる。炭酸化は主と
して、流入する水を液面へと向けて下方に方向付けるよ
う圧力容器２２内に配置された、一つ以上のノズル３４
によってもたらされる。液体が圧力容器２２に入り、液
体５６の表面に当たるに際して、ガス空間５４に在るガ
スは液体５６内部へと混入吸収される。これに加えて、
圧力容器２２のガス圧力が調節装置４４によって設定さ
れた所定のレベル以下に下落した場合に、拡散要素４８
は二酸化炭素ガスの小さな気泡５８を導入する。圧力容
器２２には安全弁５２が備えられていて、圧力超過の場
合に圧力を解放する。炭酸化された液体は、保護された
出口６０を介して圧力容器２２から取り出され、後混合
冷却及び給水設備を介して給水される。この設備は、コ
ールドプレート６２と給水弁６４とを含みうる。コール
ドプレート６２は氷貯蔵コンテナ６６内に配置されたも
のとして示されており、このコンテナには液体となった
水分を除去するためのドレン６８が設けられている。圧
力容器２２はまた、氷貯蔵コンテナ６６内に配置して、
コールドプレート６２から、冷却され未だ炭酸化されて
いない水を供給するようにすることもできる。本発明に
よれば、弁２６が開放している場合には、水は殆ど摩擦
損失なしに、ポンプ６を介して通過する。従って、適当
な供給圧力が利用可能であるならば、ポンプは付勢され
ず、炭酸化は給水圧力のみの下において行われる。

第２図に示された炭酸化装置の概略図を参照すると、そ
こには別の流入水拡散手段が示されている。ここでは水
はノズル装置７０を介して通過し、これによって圧力容
器２２の頂部中央の付近に配置された散開プレート７２
に対して衝突する。このことは、大きな液体表面積を集
合的に有する非常に多数の液滴７４へと水を分解せしめ
る。これらの液滴が圧力容器２２上部の大気を通って拡
散するにつれて、二酸化炭素は急速に吸収される。さら
なる炭酸化は、液滴が容器の壁７６に衝突し、その壁に
沿って重量によって落下し、次いで液体５６へと入るに
つれて行われる。。

凹状断面８０を有する環状の水切りリング７８を設けて
、液体を容器の壁から除けておくようにできる。二次的
な液滴８２がリングにおいて形成され、次いで容器中の
大気の中を落下する。二次的な液滴８２が液体５６に対
して衝突する場合に、さらなる溶解が生ずる。

炭酸化装置の効率は、この工程に関与するガス圧力及び
液体作動圧力に直接に影響する。次に示す表は、摂氏２
３．９°　（溶解過程において生成する熱は無視する）
において作動している炭酸化装置中の容積光たり約４．
２容積という炭酸化レベルを達成するのに必要とされる
大体のガス作動圧力を示す（単位ｋＰａ）。

本発明の課題を解決するためには、供給される液体の圧
力と圧力容器内で維持されるガス圧力との間の低い圧力
差において、高いレベルの炭酸化効率を生ずることので
きる構成部材及び構造を規定することが必要となる。後
混合を行う用途について適当な寸法の炭酸化装置を、ノ
ズル３４を介して噴射される水の中に二酸化炭素を溶解
する相対的な効率に関して試験してみた。

第１図に示された形状の下方に向けられたノズルにおけ
る炭酸化のレベル及び作動効率が、ノズル３４の流れ特
性を調節することによって改善されうろことが明らかに
なった。より詳しく言えば、より高い炭酸化レベルは、
先細のノズルによるよりも、第６図に示す如きずんどう
の、即ちプレート状のオリフィスを有する一つ以上のノ
ズル３４によって達成された。所与の流量及び圧力にお
いては、プレート状のオリフィスはより速度の遅い、し
かしより直径の大きな液体の流れを生成する。現在理解
されているところによれば、先端がずんどうのノズルか
らの液体の流れは、液体５６におけるより大きな表面擾
乱および気泡密度の増大、及び液体５６内への流れの浸
透を生ずるものである。

また、標準的な流量である１分当たり約１．９３１１（
０，５１ｇｐｍ）でノズル３４についての圧力降下が約
３３ｋＰａ　（４，３ｐｓ　ｉ　”）とイウ特定ノ場合
ニツイテ、先端がずんどうのノズルを使用する方が先細
のノズルを使用する場合に比べて、炭酸化効率が高いこ
とも明らかになった。

また、ノズル３４と液面との間の間隔を約５ｃｍ（２イ
ンチ）か又はそれ以上に維持することによって、より優
れた炭酸化効率を達成することができることが明らかに
なった。５５２ｋＰａ　（８０ｐｓ　ｉ）のガス圧力に
おいて作動し、１０ｃｍの直径を有する炭酸化装置の圧
力容器を、先端がずんどうのオリフィスノズル３４を使
用し流出係数約０．７０でもってテストした。炭酸化装
置の圧力容器は入口流量４．５ｊ２／分（１，２８ｐｍ
）　、出口温度１８．３℃、及び先端がずんどうのノズ
ルを介しての圧力降下がほぼ５５ｋＰａ　（８ｐｓ　ｉ
）であるようにして作動された（炭酸化レベルは与圧下
において１．０規定の水素化ナトリウムに対して滴定す
ることによって検査された）。炭酸化の効率は、弁２６
の充填サイクルを調節することによって良好に調整しう
ることが観察された。ノズルを介しての同じ圧力差にお
いて多数のノズルを使用することは、単一のノズルにつ
いての性能と同様の結果を与える。達成された炭酸化効
率は、平衡時に理論的に達成される５、８容積に対し５
．１容積であり、全効率は約８８％であった。

テストサンプルの平衡圧力及び温度を測定する標準的な
方法によって炭酸化装置の性能をテストする過程におい
て、系統的に高い測定値が観察された。この結果は、テ
ストサンプル中に溶解した状態から、サンプルの振り動
かしのだめの小さなガス空間へと移動する大気ガスに関
係がある。テストチャンバを抜気すると、特に通常の後
混合炭酸化温度においてテストされたサンプルについて
、可変的な示度及びサンプルの迅速な脱炭酸化がもたら
された。閉じた圧力容器内で炭酸化装置からのサンプル
をフェノールフタレインの変色を終点として滴定すると
、反復可能で信頼できる結果が与えられる。炭酸化装置
の性能について他の人々によって報告されている結果と
いうものは、この圧力／温度テスト方法が使用され、流
入液体に溶解した大気ガスが存在しているならば、高す
ぎて不正確なものであろう。

また本発明による後混合炭酸化装置の炭酸化効率は、炭
酸化された液体の合計量に関して段々と減少することも
明らかになった。このことは、供給される水に溶解して
いる大気ガスに起因している。

公営水道及び私設の給水設備ではこのような大気ガスが
、家庭のユーザーに給送する前の処理にふいて吸収され
ている。水は公営水道の浄水場では、流入する水が段階
的な処理ステップを流れて行くようにすること、或いは
流入水を他の直列的な処理段階に服せしめることにより
曝気されるのが通常であり、また私設の給水設備におい
ては多くの場合に、配水の前の貯蔵手段として、大気圧
の下にある保持タンクが使用されている。このような私
設給水設備は通常、各フロアへの給水圧力を安定化させ
るために、高層ビルにおいて使用されている。このよう
な設備はしばしば、２４１ｋＰａ程度の圧力に保持され
るものであり、運転休止中には、通常の大気への曝気を
介して吸収される３倍以上の量の大気ガスを吸収しろる
。

明らかになったところによれば、大気ガスの影響はかな
りのものであって、これまで理解されていたよりも重要
なものである。そしてこの影響は、オンラインでの家庭
用炭酸化装置については特別の関係がある。

新たに抜気された炭酸化装置の炭酸化効率は、飲料給水
について通常遭遇する範囲内にある、流入する液体中に
溶解した大気ガスのレベルによっては左程影響されない
事も判明した。また、容積的合計の関数としての前述し
た炭酸化装置の性能の低下は、予想可能な経路を辿り、
予想可能なレベルで安定化することも判明した。

現在理解されているところによれば、炭酸化の間に示さ
れるガス成分の各々の溶解度は、液体より上方にあるガ
スの圧力に対して直接に比例している。これはヘンリー
の法則の簡単な表現であり、観測される効果についての
良好な一次近似である。逆に言えば、ガス／液体の溶液
は、溶解したガスの分圧の不存在下において、脱ガスに
よって平衡に向かうものである。この脱ガス過程は、炭
酸化と同様、液体上方にある大気との接触表面積を大き
くすることによって加速される。炭酸化の間に行われる
攪拌は、このような大きな表面積を生成するための過程
である。開始時点において、新たに抜気された炭酸化装
置は、表面積曝露によって大気ガスを脱ガスし、その一
方で同じ接触表面積に対して曝露することにより、二酸
化炭素ガスを別個に溶解している。炭酸化装置内の液体
の上方のガス空間に大気ガスの分圧が増加するにつれて
、脱ガスの速度は遅くなる。大気ガスの分圧は、溶液中
の大気ガスと平衡なレベルまで増大し、等しい量の二酸
化炭素を同時に置換するということが判明した。

現在理解されているところによれば、この二酸化炭素の
置換が、観測される性能の低下の原因となる。全体の低
下の大きさは、流入液体中の大気ガスの総量に直接に関
連している。従ってこのことは、流入液体が曝気された
温度及び圧力に関連しており、さらには空気に対する表
面積の曝露及び接触時間によって制御されるものである
。

上記の原理を適用することにより、低圧での炭酸化とい
うものが高圧での炭酸化の場合よりも、溶解した空気に
よる性能低下（百分率ベースの）に対して敏感であるこ
とが示され得る。

また低温での炭酸化は、高温での炭酸化の場合よりも、
溶解した空気による性能低下に対して敏感である。この
温度の影響は、飲料の用途について通常遭遇する範囲に
おける大気中のガスの個々のものに対応する溶解度曲線
と比較して、二酸化炭素の水に対する溶解度曲線がより
急な勾配を有することに基づくものである。

実際にも、炭酸飲料に適用される後混合用として使用さ
れる典型的な寸法の炭酸化装置における、大気ガスの増
大及びこれに対応する性能低下は非常に急速なものであ
る。最低でも流入水の合計処理量が３８βであれば平衡
に近くなり、性能は低下する。従って、この最少の処理
量のみについても、システムを毎月抜気することが適当
なものとして推奨される。

炭酸化のレベルを制御するという問題は、現在の家庭で
の炭酸化装置の多くのものにおける欠点となっている。

溶解している空気に対処するについて、多くの従来技術
の装置が無能であることにより、これらの装置の有用性
は、流入水が高レベルの溶解空気を含んでいる領域につ
いては限定されたものである。大気ガスの影響及び水の
蒸気圧を無視すると、温度の関数としての炭酸化装置の
性能の概略的な単純化されたモデルが作成され得る：・ 炭酸化装置の性能 ０°　１．７０　　１．５３　　１０．２０１３°　１
．１２　　１．００　　６．３７１７°　ｌ’、　００
　　０．９０　　５．６２２４°　０．８３　　０．７
４　　４．６０上記の表において、容積吸収とは、所定
の温度Ｔ（０℃には下がらない）及び所定の圧力におい
て、炭酸化装置内にある所定の容積の未だ炭酸化されて
いない水に取り込まれ得るガスの容積である。飲料の炭
酸化のために通常採用される範囲内において、二酸化炭
素の容積吸収はガス圧とは実質的に無関係である；また
刑とは、本技術分野で普通に使用されているように、炭
酸化の強さの尺度を示すものである。

所定の温度における容積吸収は一定であるが、炭酸化の
強さは加えられる絶対圧力に対してほぼ直線的な割合で
増加する。

上記の表の第４欄の数値は、最初の値を除いて、第２欄
の数値を単に６倍することによっては計算できないこと
に注意を要する。これは、第４欄の総ての数値について
０℃に温度補正を行うことに基づいている。

上記したキーとなる参照点は、以下の理由で選択されて
いる： ０℃−温度に誘発される溶解度の増加についての事実上
の限界を表す、曲線上の最 高点 １３℃−９０％の効率で作動している炭酸化装置が、流
入する液体の容積にほぼ等しい 容積のガスを溶解する点 １７℃−１００％の効率で作動している炭酸化装置が、
流入する液体の容積にほぼ等し い容積のガスを溶解する点 ２４℃−殆どの公営水道給水における最も高い夏の水温 流入する水に溶解している大気ガスの存在下において炭
酸化レベルを制御するという問題は、炭酸化装置を温暖
雰囲気で適用することについては、第３図の簡単なダイ
ヤグラムを参照して説明されるようにして実質的に解決
される。圧力容器２２における液位は、適当な制御手段
（図示せず）により規定される上部液体レベル８４と下
部液体レベル８６との間で調節される。これらのレベル
限界は、液体容積Ｖ、を定める。もう一つの容積Ｖ、は
、上部液体レベル８４と圧力容器２２の内部頂面８８と
の間で定義される。以下に炭酸化装置の作動の簡単化し
たモデルを述べるが、そこにおいて容積Ｖ、は給水弁６
４を介して給水され、次いで供給源２からの液体によっ
て置き換えられる。

容積Ｖ、が給水されるに際して、当初は上部液体レベル
８４にあった液位は下がり始める。この降下が起きると
、ガス空間９０のガス圧力は、調節装置４４における設
定値以下へと一時的に下落する。ここでガスは、開放し
ている遮断弁４２及び逆止弁４６を介して、貯蔵シリン
ダ４０から圧力容器２２の内部へと流れる。従って、液
位が下がるに際して、ガス空間９０内の圧力は、調節装
置４４の圧力設定値を僅かに下回る値に維持される。現
実には、７から１４ｋＰａの作動圧力差が普通である。

給水は、下部液体レベル８６に達したならばすぐに停止
される。前述の適当な制御手段は、次に供給源２からの
与圧された水が炭酸化装置の圧力容器２２の充填を開始
するようにする。充填の間のガス空間９０の圧力は、液
体の温度及び炭酸化装置の効率（二酸化炭素の理論的溶
解度の百分率として定義される）に依存している。９０
％の効率があるものとし、溶解した大気ガスがないもの
とすると、大体のガス圧力は炭酸化温度の関数として以
下の如くに求められる： 事例　１０℃ 供給源２からの水が炭酸化装置に入るに際して、流入す
る新たな容積の液体Ｖ、が約１，５３容積のガスを吸収
する。その結果、液位が上部液体レベル８４まで上昇す
るにつれて、さらなるガスが炭酸化装置内へと継続して
流れる。ガス空間９０の圧力は、充填サイクルの間は調
節装置４４により設定された値を僅かに下回り、充填の
完了後短時間の内に、調節装置の設定圧力に安定する。

事例　ｎ　　１３℃　。

供給源２からの水が炭酸化装置に入るに際して、未だ炭
酸化されていない液体容積Ｖ、が約１．０容積のガスを
吸収する。従って、流入する水の容積は、丁度それが置
換する容積のガスを吸収する。追加的に炭酸化装置内に
流入するガスはなく、ガス空間９０の圧力は充填サイク
ル全体にわたって、調節装置による設定値に安定したま
まとなる。

事例　Ｉ　　２４℃ 供給源２からの水が炭酸化装置に入るに際して、置換さ
れる容積Ｖｔ　にある約７４％のガスのみが吸収される
。従って液体５６０本体は、半透過性ピストンのように
作動してガス空間９０の圧力を増加させる。充填サイク
ルの終わりにおける増加の大きさはＶ、：Ｖ、の比と、
供給源２において得られる圧力に依存している。

容積吸収に関するこれまでの議論は、温度を基礎にした
ものであった。だが容積吸収は、大気ガスの蓄積によっ
て悪影響を受けるということが理解されるべきである。

冷蔵されていない、即ち予め冷却されていない流入水を
使わずに作動する、本発明の一つの実施例においては、
流入水の容積吸収の減少に応じて、圧力容器２２は過剰
の圧力について選択的に抜気される。容積吸収のかかる
変化は、前述した如き温度の増加によるか、或いは別の
場合には、先に述べたようなガス空間９０における大気
ガスの増加又は蓄積によるものである。

従って、第３図の断面図を再度参照すると、本発明によ
る炭酸化装置は現実には、約５８６ｋＰａのガス圧力及
び約６８９ｋＰａの液体圧力において作動し、約６５５
ｋＰａに設定された安全弁が備えられる。また、Ｖ、：
Ｖ、の比は、ある選択されたレベルの容積吸収に基づい
て抜気を行うように選択されうる。ガスの逃がし圧力の
設定値は、一般に調節装置の圧力よりも１３８から１７
２ｋＰａ以上高くないようにして確立される。

さて次に第４図を参照すると、別の抜気方式が示されて
いるが、これは容積吸収の点において炭酸化装置が作動
するといったことに対して結び付けられているものでは
ない。ここでは液位センサー要素２８がリンク９６を介
して、抜気弁９４を作動するように接続されている。作
動に当たり、抜気弁９４はセンサー要素２８又は弁２６
の作動に応答して付勢される。抜気弁９４を通る流れは
機械的に又はタイミング手段の何れかによって制限され
るのが好ましく、各サイクルの間にある所定量のガスの
みが抜気されるようにする。

抜気されるガスに対する流入液体の割合は、幾つかの場
合においては、この技術によって選択される。この型式
の抜気は、第３図の如き実施例が一般には使用できない
、低温での炭酸化という用途において有利である。

第５図においては、また別の抜気方式が示されている。

そこではガス空間９０内のガスは、圧力容器２２から炭
酸化された液体を給水することに応答して抜気されてい
る。この実施例においては、ガス空間９０にあるガスは
給水弁６４（或いはこの弁の開放に応答する他の手段）
を介して抜気される。例えば給水弁６４は、液弁６４を
介しての給水に応じてガスを抜気するよう配置されたソ
レノイド作動の弁を制御するために、スイッチ接点を含
むことができる。第５図においては、好ましくは圧力容
器２２の内側にあるものとして、抜気管１０２と連通し
ている均質化チャンバ１００が配置されて示されている
。均一化チャンバ１００はまた、保護されている入口管
１０４にも接続されている。給水弁６４を開放すると、
ガス空間９０からのガス及び液体が混合され、チョーク
ライン１０６又は他の手段により制限された導管を介し
て給水される。均質化チャンバ１００に入ってくるガス
と液体との比率は、ガス入口オリフィス１０８及び保護
されている入口管１０４のそれぞれの寸法を調節するこ
とによって予め設定される。均質化チャンバ１００は、
入ってくるガスの気泡を分裂させる細かなスクリーン及
びバッフルの運を含むことができる。かくしてガス／液
体のスラリーが、チョークライン１０６へと給送される
。チョークライン１０６の制限部は、給水される液体中
に吸収された気泡の比較　　−的ゆっくりとした、均一
な膨張を可能ならしめる。従って、大きな気泡が弁６４
を介して液体と共に給水される場合に通常生ずる脱炭酸
化は最小限のものとなる。

第６図から第１１図は、第１図の炭酸化装置のより詳細
な断面を示している。圧力容器２２には外殻１１０　と
基部１１２　とが含まれ、これらは両方ともポリカーボ
ネートの如きプラスチック材料（又は飲食物と接触する
ことが是認され且つ延性破壊モードを示す他のプラスチ
ック材料）から成形されている。これら二つの部材は、
基部１１２に形成された雄ネジ１１４と外殻１１０に形
成された雌ネジ１１６とによって、組み合わせて一緒に
結合される。雄ネジ１１４が雌ネジ１１６　に完全に係
合した場合、０リング１１８に対する液密なシールが形
成される。基部１１２と外殻１１０には両方とも、グリ
ップ１２０が形成されている。

基部は供給ラインポー）　１２２を含んでいて、下側の
接続部へのラインの配管を容易ならしめている。第二の
ポート１２４は手動抜気のための指用タブを組み込んで
いて、安全弁（図示せず）に対する指のアクセスを可能
ならしめている。

弁２６は液位センサー要素２８に応答して、実質的に完
全に開放した状態及び完全に閉鎖した状態においてのみ
作動する。この型式の適当な弁は例えば、米国特許第３
．４９５．８０３号に記載されている。この弁２６は弁
体１２８を含み、これは固定ナツト１３０によって圧力
容器２２の基部１１２に対して固定される。入口ポート
２４はこの弁２６に対し、圧縮ナツト１３１によって固
定されている。

気密及び液密なシールがガスケット１３２として形成さ
れて、ナツト１３０が締められた場合に基部１１２の液
体入口ライザ１３４に対して圧縮される。耳部１３８を
有するステンレススチール製の位置決めリング１３６が
弁体１２８の周囲に固定されていて、弁体１２Ｂ及び圧
力容器２２の内側の他の部材の回動を制限するようにな
っている。弁体１２８は入口管１４２に取着されるニッ
プル出口１４０を含み、この入口管１４２は次いでノズ
ル３４に接続される。

ダイヤフラム及びフロート装置１４４が、４分の１回転
ひねってロック係合させる手段によって、弁体１２８に
組み合わせられている。ダイヤプラム及びフロート装置
１４４は、フロート１４６（一実施例においてはセンサ
ー要素２８である）を含んでいる。フロート１４６は、
相互にスナップ係合してダイヤフラム及びフロート装置
１４４のマスト１５２上に嵌合される、上部カップ１４
８と下部カップ１５０を含む。フロート１４６はリンク
１５６により、作動レバー１５４へと接続されている。

第１０図を参照すると、炭酸化装置の基部１１２は複数
のライザ１５８を含んでいる。詳しく言えば、液体入口
ライザ１３４、抜気管ライザ１６０、炭酸化液体出口ラ
イブ１６２及びガス入口ライザ１６４である。第７図は
これらのライザ１３４．１６０゜１６２及び１６４の頂
面図を示しており、第１１図はライザ１６２及び１６４
の断面図を示している。第１１図では、明確化のために
液体入口ライザ１３４は省略されている。抜気管ライブ
１６０は、最高液位の上方に配置される湾曲部１６８を
有する抜気管１６６を支持している。抜気管１６６はそ
れが抜気管ライザ１６０を通過する個所において刻み付
き部分１７０を含んでいて、基部１１２を通っての確実
なシールをもたらしている。同様に、ガス入口管１７２
　も同じ目的で、それがガス入口ライザ１６４を通過す
る個所において刻み付き部分１７４を含んでいる。第１
２図は、出口オリフィス１７６を含む液体出口ライザ１
６２の拡大図を示している。出口オリフィス１７６は、
ノズル３４から放出された液体の流れに沿っていないこ
とが好ましい。出口ライザ１６２はまた内部の中空部分
１７８及びネジ付き部分１８０を含み、炭酸化装置の基
部１１２の外側からネジ付き部分１８０にねじ込まれる
液密な継手を収容する。

延性破壊モードを有し食品医薬品局（ＦＤＡ）　によっ
て承認されている入手可能な実質的に総ての熱可塑性樹
脂（ポリカーボネートの如き）はまた、比較的高い二酸
化炭素蒸気の透過性を有する。多くの商業的な用途にお
いてはこの蒸気透過率は問題ではないであろうが、例え
ば頻繁に交換されないか又は化学的に緩衝された冷却水
に圧力容器２２が沈められるような場合には、このこと
によって困難が生じうる。このような水は酸性になり、
腐食性になる。本発明によれば、圧力容器２２は上記の
ような承認されているプラスチックで成形されると共に
、その上に蒸気の防壁を形成するようさらにコーティン
グされる。ポリビニリデンクロライド（ＰＶｄＣ）の如
き組成物がコーティングされて、かかる蒸気防壁が生成
される。このコーティングは圧力容器２２の壁を通して
の蒸気の透過を大きく減少させるものであり、エマルジ
ョン又はラテックス懸濁液として、内側又は外側の表面
に塗布しうる。

次に第１３図の断面図を参照すると、そこには圧力容器
２２への流入水の流れを制御するための大口弁の別の実
施例が示されている。この弁は案内２０７によって弁本
体２０５の内側に固定された弁座２０６を含み、弁本体
２０５は枢支されたリンク部材２１２によって作動フロ
ート２１３へとリンクされている。作動に当たり、圧力
容器内の液位が下がった場合には、作動フロート２１３
はバネ２０３の作用にも助けられて降下する。弁本体２
０５は下方に移動し、入口管２０２は弁座２０６から脱
座する。通常、炭酸水が圧力容器から取り出される場合
には、圧力容器内の液位の降下率は非常に速く、従って
弁は迅速に開放する。

すると水がノズル２１０を介して炭酸化装置中に流入す
る。ノズル２１０は、前述したような炭酸化装置の性能
向上を助けるずんどうの内部部分２２０を含む。作動フ
ロート２１３の降下は、弁本体２０５の凹部２０８　と
係合するつめ部材２１４によって制限される。弁本体２
０５の降下はさらに固定棒２１７、止め部材２１６及び
部材２０９によって制限されていて、弁本体２０５が入
口管２０２から完全に脱離することがないようにしてい
る。つめ部材２１４はブロック２１５に固定されており
、またリンク部材はロッド２１１によってブロック２１
５に枢支されている。炭酸化装置内における液位が上昇
すると、作動フロート２１３は、該フロートの浮力がこ
れに対抗するつめ部材の力を克服するまでは、静止した
つめ部材の位置に止まり、次いで弁は急速に閉鎖される
。

次に第１４図を参照すると、そこには各作動サイクルに
おいて炭酸化装置の圧力容器内から特定容積のガスを抜
気するための抜気弁の断面が示されている。詳述すると
、弁本体３０７が出口ボー）　３０９ａ、　３０９ｂ、
　３１１及び中間入口ポート３０８゜３１０を含んでお
り、また滑動可能なピストンをも含んでいる。これらの
ピストン３１５ａ、　３１５ｂ及び３１５Ｃは、フロー
ト固定棒３０１及び位置決めクリップ３０２　に応動し
て枢動されるアクチュエータ３０３　により作動される
ロッド３１３上に、３１６で示す如く固定されて配置さ
れている。作動に当たっては、フロート固定棒３０１は
フロート位置（即ち液位）に応じて上下動する。フロー
トの上昇及び下降のそれぞれに際して、ロッド３１３上
のピストンの位置はボート３０８．３０９ａ及び３０９
ｂを通過して変化し、これらのピストンによって形成さ
れているチャンバの特定の容積が変化する。従ってチャ
ンバ３１７ａ及び３１７ｂの容積に等しい容積のガスが
、圧力容器内における所定のレベルの水位に伴ってフロ
ート（図示せず）が移動する毎に抜気される。第１４図
の抜気弁の好ましい実施例１日おいては、Ｙ字形のアク
チュエータ３０３はバネ（図示せず）によってトグルさ
れており、弁が位置を変える度に液弁が素早く移動しろ
るようにされる。このことは、チャンバのシールが入口
ポート３０８と出口ボート３０９ａ及び３０９ｂの中間
でつかえてしまうのを防止するために望ましい。圧力容
器内への充填率が炭酸化された液体の取り出し率とほぼ
等しい場合には、このようなつかえが生じ得るものであ
る。

次に第１５図の概略図を参照すると、そこには本発明の
好ましい実施５例に従う炭酸化装置３７０であって、加
圧水の供給源２について作動するものが示されている。

供給源２からの流入水はフィルタ８で濾過され、場合に
よっては前述の如き型式のポンプ装置４によって圧力が
加えられて、導管１６を介してプレート状の水リザーバ
３７２へと送られる。このリザーバ３７２　は、好まし
くは比較的高い熱伝導率を有するプラスチック材料から
形成され、そこを通る水のプラグ流れ状の連続流を増大
するために、曲がりくねった水チャンネルを含んでいる
。

流路３７４が曲がりくねりチャンネルの図で見て上方の
屈曲部に接合されており、リザーバから出る何らかのガ
スの迅速な収集及び通過を促進するようになっている。

リザーバ３７２は第１９図に示すように冷蔵キャビネッ
トの背後に配置するのが好都合であり、それにより圧力
容器２２に供給される流入水を冷却する。流入水はまた
リザーバ３７２の代わりとしての、或いは炭酸化装置の
炭酸化能力を増大するために補助的な冷却装置としての
、氷を充填した冷却ユニット即ち氷貯蔵コンテナ６６に
よっても冷却されうる。

氷は着脱可能な頂部３８０を介してコンテナのハウジン
グへと充填可能であり、冷却コイル３８２中の流入水が
熱交換して温度が下がるにつれて適宜ドレン６８から水
を抜き取ることができる。

リザーバ３７２及びコンテナ６６の何れか又は双方は、
選択弁４０８を介して冷却水を給水弁６４へと直接に、
或いは逆止弁１８．２０を介して圧力容器２２の入口ボ
ート２４へと冷却水を供給する。圧力容器は前述のよう
にポリカーボネートの如きプラスチック材料から成形さ
れることができ、また容器の壁を介しての二酸化炭素の
拡散を禁ずるようにポリビニリデンクロライドの如きガ
ス不透過性材料によってコーティング３９０　されるこ
とができる。圧力容器２２は、第１９図に示すようにし
て冷蔵庫のキャ冒ネット内に収容することもできる。流
入水は容器内の水の液位３０に応じて、前述した如き全
開−全閉型式の弁２６によって制御される。流入水は、
最大水位より少なくとも５ｃｍ上方に配置されたずんど
うのノズル３４を介して、水面へと向けて下方に方向付
けられる。

貯蔵シリンダ４０内に加圧されて入れられている二酸化
炭素は、調節装置４４、制限部分即ちチョークライン４
１０、逆止弁４６及び拡散要素４８を通って、圧力容器
２２内の液体へと放出される。

二酸化炭素の気泡５６は水を通過し、圧力容器内の液圧
が調節装置４４によって設定された圧力レベルと実質的
に等しくなるまで、圧力容器内の水位の上方にあるガス
空間５４に蓄積される。現在理解されているところによ
れば、制限部分即ちチョークライン４１０　は、水とよ
り長い間接触を保ち、より効率的な炭酸化を行う小さな
気泡（容積光たりの表面積の割合がより大きい）を生成
するのに役立つ。かくして、調節装置４４によって設定
されたガス圧力以上の圧力レベルにある冷却流入水が、
例えば水位に応答するフロート弁２６の制御下に圧力容
器２２内へと導入され、圧力容器内の液体圧力は、圧力
容器２２内の水によって二酸化炭素ガスが吸収されるに
つれて調節装置４４によって制御される。

本発明の出口装置は、抜気管３９４へと接続された均質
化チャンバ３９２を含み、抜気管３９４はまた圧力安全
弁５２へのガス導管としても機能する。均質化チャンバ
３９２　に入るガスラインにはガス流制限部３９６が含
まれていて、給水の間に抜気されるガスの量を制限する
。均質化チャンバ３９２に入るガス（蓄積された大気ガ
ス及び二酸化炭素を含む）は拡散器３９８内へと通り、
保護された入口４００を通って均質化チャンバへと入っ
てくる水と該拡散器において混合される。

入口管４０２は小さな内部断面積を有していて、給水滝
壷において所定の圧力降下を生ずるようになっている。

これによる圧力差は、管３９４を介して均質化チャンバ
３９２内へとガスを導入するための基礎となる。拡散器
３９８、入口４００及び入口管４０２の下流には、複数
の細かいスクリーン及びバッフル４０４が配置されてお
り、溶解した二酸化炭素及び未溶解のガスの細かに分裂
した気泡を含むスラリー状の流体を生成している。均質
化チャンバ３９２からの出口導管４０６はチョーク即ち
流れ制限部を含んでおり、選択弁４０８及び給水弁６４
を介しての所望の状態での流れをもたらす。勿論、選択
弁４０８及び給水弁６４を同じユニット内に都合良くま
とめることができ、それにより炭酸水と冷却水との選択
を容易ならしめることができる。

作動に当たり、炭酸化液体が給水弁６４から取り出され
ると圧力容器２２内の液位は低下する。

圧力容器内の圧力もまた低下し、さらなる二酸化炭素が
調節装置４４を介して炭酸化装置内へと入ることが可能
となる。チョークライン４１０の制限部は、（この時点
で工程が停止されたとするならば）圧力容器２２内にお
ける圧力の再安定化に僅かなタイムラグを生ずるような
寸法となっている。また、圧力容器２２内の液位が低下
した場合には、センサー要素２８がフロート弁２６を解
放する。供給源２　（又はポンプ装置４）の加圧を受け
た水リザーバ３７２からの冷却水は、ノズル３４を介し
て炭酸化装置へと入る。ノズル３４は、約３４ｋＰａ（
５ｐｓｉ）の圧力差において一分当たり約３４０ｇ　（
１２ｏｚ、）の流れを行わしめるような寸法であるのが
好ましい。この装置における流れを減することには、幾
つかの利点がある。第一に、遅い流れであれば、第１９
図に示す如き冷蔵庫に入るラインは非常に細くて構わな
い。第二に、遅い流れは家庭用の水道装置、特に圧力調
節装置を備えたものについて、生成される摩擦損失の量
を最小限にする。第三に、このような遅い流れの歯にお
いては、公営水道の水圧が不十分である領域において必
要となる昇圧ポンプの大きさ及び能力は小さくてよい。

勿論、家庭用冷蔵庫にレトロフィツト即ち後から取り付
けるために、これらの構成要素をセット形式で供給する
ことができる。

セット形式においては、圧力容器２２は冷蔵庫内の隅っ
この角に配置されるものとして供給され、水リザーバ３
７２は背面壁の下部に対面配置される。給水弁６４は第
１６図に示されているように、冷蔵庫の内壁上の都合の
良い位置に接着して取り付けられるプレート４４０を有
するホルダー４３８に保持される。或いはこのホルダー
４３８及び給水弁６４は冷蔵庫の外側に配置され、冷蔵
庫の扉を開けずに飲料が調製できるようにされる。出口
導管４０６は可撓性で永続的な螺旋状を保持するように
製造され、ホルダー４３８のリング４４２から給水弁６
４を外した場合に、給水弁６４が冷蔵庫の外方へとある
程度の距離を伸びて飲料を給水しうるようになっている
。給水弁６４がホルダー４３８へと戻された場合には、
可撓性の出口導管４０６はこぢんまりとしたコンパクト
な蝶旋へと自動的に復帰する。

冷蔵庫に付設する上記のような用途においては、ガス供
給導管及び液体供給導管は、扉のシールを介して、或い
は冷蔵庫の底部から配管される。殆どの用途において、
ガス及び液体用の供給導管としては、４．８　ｍｍ　（
３／１６インチ）及び６．４　ｍｍ（１／４インチ）の
外径の細管が適当なものである。これらの寸法であれば
、シールの完全性を大きく変更することなしに、殆どの
赤用シールを介して容易に通すことができる。ガス及び
液体用の供給導管は、電子的装置について導線や小さな
ケーブルを配線するのに使用されている公知の通常の感
圧性接着クリップと同様のものにより、冷蔵庫の内側の
位置に配管され保持されることができる。液体用の供給
導管は、もしも製氷機の供給源が利用可能であり且つ寸
法が適当であるならば、これに対して接続されることが
できる。

第１９図に示された実施例においては、二酸化炭素の貯
蔵シリンダは冷蔵されたキャビネットの外側に、好都合
には冷蔵庫の後ろ側や台所の流しの下、或いは他のアク
セス可能な位置の抜気空間に配置される。貯蔵シリンダ
はまた、所望の場合には冷蔵庫の内側に配置することも
でき、或いは製造者によって作られる専用の特別の区画
に配置することもできる。

第１６図を参照すると、そこには便利な手動アクチュエ
ータ４３０及び角度４３４の付いた出口管４３６を備え
、可撓性の液体用出口導管４０６を介して第１５図に示
した選択弁４０８へと接続される給水弁６４の斜視図が
示されている。角度の付いた出口管は、給水される（炭
酸化された）水を受けるように給水弁６４の下側に置か
れるコツプ４３２内に予め注がれているある量のフレー
バーシロップを、給水される水の中で掻き混ぜ混合する
ことを非常に容易ならしめる。第１６図に示されている
ように、所定量のフレーバーシロップ又は他の飲料用フ
レーバー物質を中に有する飲料用コツプその他の容器は
、角度の付いた出口管４３６の下側に配置されて、スプ
ーンや掻き混ぜ棒の必要なしに出来上がりの飲み物を調
製すべく、掻き混ぜ式の後混合方式でもって炭酸水がコ
ンブ及びその中のシロップ内へと給水される。便利な後
混合用途のための所定量のフレーバーシロップは、手で
除去可能な封入手段を用いてカップ内に封入しておくこ
とによって備えて置くことができる。

第１７図には、当初から冷蔵庫に装備する用途に用いる
ための、第１５図の装置の別の実施例が示されている。

これは作動レバー４２１によるスイッチ４２０の閉鎖に
応答する、電気的に作動される給水弁４１６　と、フロ
ートスイッチ４１８に応動して電気的に作動される補給
弁４１４とを含んでいる。手動選択及びこれに関連する
スイッチ設定４２２に応じて、冷却水又は炭酸水の何れ
かが、同じ給水弁４１６から給水される。やはり第１７
図において、第１５図の氷貯蔵コンテナ６６の一つの実
施例が示されているが、ここではドレン６８用の導管が
冷蔵庫の蒸発器の受は皿４６０と連結されて作動するよ
うになっている。このような受は皿は復水コイル４６２
の付近に配置されるのが通常であり、該コイルへと熱を
伝達して、除霜水の迅速な蒸発を促進するようになって
いる。ドレン６８の導管は冷却ユニット即ち氷貯蔵コン
テナ６６の底部に、そうでなければその頂部の付近に配
置されて、蒸発器の受は皿４６０へと液状の水を排水す
る。

氷は冷蔵庫の製氷器から手作業で、又は自動的にコンテ
ナ６Ｇに加えられる。炭酸化装置の冷却システムの制御
管理は、適宜配置されるセンサーによって簡単に達成す
ることができる。例えば氷の配給の制御は、適宜配置さ
れた温度センサー又は杖（ｗａｎｄ）型の氷センサーに
よって達成することができる。適宜配置された液体セン
サーによって、蒸発器の受は皿４６０が一杯になったこ
とが検出された場合には、氷の配給は禁じられうる。蒸
発器の受は皿４６０が一杯の場合には、光インジケータ
又はメツセージにより、氷をコンテナに追加しないよう
ユーザーにさらに指示を与えることができる。

冷却ユニット即ち氷貯蔵コンテナ６６の利点は、連成に
構成された場合には、より冷たい供給水を炭酸化装置に
提供して、該装置についてのガス及び液体の作動条件を
緩和することができるということである。勿論この目的
のために、コンテナ６６と熱的に伝達を行う水リザーバ
３７２を配置することができる。

第１８図は、電気的に作動される弁を制御するために使
用される低電圧回路の概略的なダイヤグラムである。こ
れに加えて、コイル４２７を備えたリレー４２６及び遅
延コイル４２９を備えた時間遅延リレー４２４であって
通常の構成のものが、給水スイッチ４２０の作動及びフ
ロートスイッチ４１８の作動に応じて弁４１２．４１４
．４１６の作動を制御する。弁４１２の下流で漏れが生
じたならば、時間遅延リレー４２４は休止して、流れを
制限する。

第１９図を参照すると、圧力容器２２が隅っこの角に配
置され、水リザーバ３７２が背面の壁の下部に対面して
配置されるようにして、当初からの設備として冷蔵庫内
に設けられた本発明の装置の概観が示されている。半透
明のプラスチック製の可視スクリーンを圧力容器２２の
前面に配置して、冷蔵庫の扉が開いた場合の圧力容器２
２の像を薄くすることができる。選択及び給水用のスイ
ッチ４２０．４２２は、通常のセレクター４４４及び氷
配給スイッチ４４６に隣接する位置において、扉の凹所
に配置することができる。当初からの設備とする本発明
の好ましい実施例において炭酸水は、後から混合される
清涼飲料の容易な混合を行うための、飲料容器内での掻
き混ぜ即ち混合動作を生ずるように適宜配置された管又
はノズル（第１９図では見えない）から給水される。

本発明の炭酸化装置は、ある用途について予想される最
悪の場合の作動条件の下での炭酸化のための実際的な仕
様の付近で選ばれた、炭酸化曲線上の点の付近で作動す
る。技術的に既知の良好な炭酸化条件の下では、炭酸化
装置中における約４．２容積の二酸化炭素は、フレーバ
ーシロップとの希釈に耐えるに充分な強さの炭酸水を生
成する。雰囲気温度で炭酸化を行う用途において、公営
水道の給水の殆どの最高水温はく夏期において）約２３
．９℃である。この点は、最悪の場合の温度作動条件と
して選択しうる。

二酸化炭素の溶解度曲線を使用すると、あるレベルの炭
酸化を行うのに必要な大体のガスの圧力は、次の表に示
す如きものである。この表中の値は、二酸化炭素の溶解
反応が発熱性であって４．２容積が液体中に溶解した場
合に約０．９℃の温度上昇が生ずることを考慮して調整
されている。

炭酸化効率　　　　炭酸化装置圧力（ｋＰａ）１００％
　　　　　　　　４５５ ９５％　　　　　　　　４８３ ９０％　　　　　　　　５１０ ８５％　　　　　　　　５４５ ８０％　　　　　　　　５８６ ７５％　　　　　　　　６３４ 考えられる最も低い液体圧力において適当な炭酸化を達
成するために、炭酸化装置はノズル装置を介しての非常
に低い圧力差においても効率が高いようにされる。また
、管路及び他の液圧装置を通っての摩擦損失も減少され
て、ノズル３４を通って給水するのに利用できる圧力が
保存される。以下の表は、流入水が６８９ｋＰａの液圧
で得られるとした場合の、炭酸化装置の最小効率条件を
示すものである。中央の欄は、必要とされる効率を生ず
るために利用可能な圧力降下を示している（単位キロパ
スカル）。

４６９　　　　　　２２１　　　　　　１００％４９６
　　　　　　１９３　　　　　　　９５％５２４　　　
　　　１６５　　　　　　　９０％５６５　　　　　　
１２４　　　　　　　８５％６０７　　　　　　　８３
　　　　　　　８０％６５５　　　　　　　３４　　　
　　　　７５％利用可能な水圧が、公営水道の給水の如
くより低い圧力レベルに限定されている、低温での用途
について、同様の表を作成することができる。

〔発明の効果〕 本発明の構成要素を具体化し、単一のノズルを備えて作
動する炭酸化装置は、ノズルを介しての圧力降下が５５
ｋＰａにおいて、最高８８％（出力される液体の温度に
基づき）の効率を達成した。安全限界及び最良の場合の
実施例が必ずしも最も経済的に実際的でないような用途
分野においては、幾らか高いガス圧力及び液体圧力降下
が必要となるであろう。本発明の市販用の小型版（雰囲
気温度で炭酸化を行う用途に使用するのに適当）におい
ては、−分光たり約４．２から４，５ｊ２の炭酸水を生
ずるように、全部がプラスチック製の小さなポンプが使
用される。このような装置の全重量は約３．２から３．
６ｋｇであり、ポンプの消費電流は交流電圧１１５ボル
トにおいて約１．１アンペアである。

本発明を家庭用冷蔵庫に使用する実施例においては、大
体１４００ｃｃの゛容量を有する冷却水リザーバと、約
１．１　βの液体容量を有する炭酸化装置が使用される
。この装置は一旦冷却されたならば、３１０ｋＰａの最
小液体圧力でもって供給を受けた場合に（氷貯蔵コンテ
ナ６６の如き補助的な冷却装置の必要なしに）　、２３
０ｃｃ’（８オンス）のグラス８杯かそれ以上の高品質
炭酸水を生成する。

また本発明の炭酸化装置は、炭酸化の間に溶液から出て
きた大気ガスを抜気するように作動しうる。この抜気の
効果は、流入水中に溶解している空気の量、炭酸化装置
の作動圧力、炭酸化温度、炭酸化装置の効率、及び抜気
されるガスの量に依存している。炭酸化装置から所定量
のガスを、炭酸化装置中の平衡な分圧の大気ガスと共に
抜気することの効果は、ヘンリーの法則及び存在するガ
スの溶解度曲線を適用することに基いた数学的モデルを
使用することにより、どのような流入液体と作動条件の
所与の組み合わせについても概算することができる。

実用上の見地からは、抜気されるガスの看は最悪の場合
の大気ガス条件によって主として決定されるのであるが
、指摘した如く、これは特定の炭酸化装置の作動条件に
従うものでもある。

１気圧において完全に曝気された流入水を使用する多く
の用途においては、もたらされるガスの容積の約１０％
を抜気することは、炭酸化装置内における大気ガスのか
なりの減少と共に、炭酸化装置の性能の向上という結果
に繋がる。より多潰の大気ガスが存在している場合には
、最大効率に近いものを達成するために、さらなる抜気
を行うことが望ましい。

以上のように本発明によれば、より低い液体作動圧力に
おいて飲料を炭酸化するための装置及び方法が提供され
る。この装置ではモーターについて必要とされる馬力、
ポンプの圧力発生能力、及び所定容積の液体を炭酸化す
るのに必要とされる装置全体の物理的な大きさ及び重量
が従来に比べて減少され、また大気温度での炭酸化用途
において全部がプラスチック製のポンプを使用すること
を可能ならしめる。そのため製造コストも低く、後で混
合して飲料を調製する用途に使用するのに適している。

さらに、炭酸化装置のタンクからモーターへの配線の必
要性は除去され、低温低圧炭酸化の利点を利用し経済的
に実施可能であると共に信頼性がある。

本発明の炭酸化装置は公営水道の水圧において高いオン
ライン作動効率が得られ、家庭用冷蔵庫に対してレトロ
フィツト又は当初の製造工程において容易に設置できる
。この場合に冷蔵庫内での空間効率も良く、殆どの国内
での使用について高圧ポンプの必要はない。かくしてソ
フトドリンクの家庭での調製を容易とするような、家庭
冷蔵庫用の炭酸化システムが提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、後に混合する飲料という典型的な用途におけ
る本発明の好ましい実施例の流れの概略図である。 第２図は、別の流入液体給水手段を示す、本発明の好ま
しい実施例の炭酸化装置の部分を示す概略図である。 第３図は、炭酸化効率を増大するための好ましい方式を
図示している本発明の炭酸化装置部分の要素の概略図で
ある。 第４図は、炭酸化効率を増大するための別の方式を図示
している本発明の炭酸化装置部分の要素の概略図である
。 第５図は、炭酸化効率を増大するためのさらなる方式を
図示している本発明の炭酸化装置部分の要素の概略図で
ある。 第６図は、第１図の圧力容器の要素の一部及び圧力容器
の断面を示す図である。 第７図は、中心線の周囲に反時計回りに９０゛回動した
第６図の炭酸化装置の基部の頂面図である。 第８図は、第７図の■−■線から見た第６図の圧力容器
の全外面の斜視図である。 第９図は、第７図のＩＩＩ−Ｉ線から見た第６図の圧力
容器の外面の斜視図である。 第１０図は、■−■線から見た第７図の炭酸化装置の基
部の外面図である。簡単化のために、一部のポートは省
略されている。 第１１図は、ＩＶ−ＩＶ線をに沿う第７図の炭酸化装置
の基部の断面図である。簡単化のために、第１０図の弁
の入口ボートは省略されている。 第１２図は、第１１図の出口ボートの拡大断面図である
。 第１３図は、弁本体を断面として示した第１図の液体入
口弁の断面図である。 第１４図は、弁本体を断面として示した第４図の機械的
な抜気弁の断面図である。 第１５図は、家庭用冷蔵庫にレトロフィツトするだめに
使用する、本発明の好ましい実施例の流れの概略図であ
る。 第１６図は、第１５図の給水弁の拡大図である。 第１７図は、冷蔵庫に当初から組み込んで製造するのに
適した、本発明の好ましい実施例の流れのヰ既略図であ
る。 第１８図は、第１５図におけるソレノイド弁を制御する
ための回路の電気的な概略のダイヤグラムである。 第１９図は、冷蔵庫のキャビネット内に組み込んで設置
した本発明装置の正面図である。 ２　供給源　　１６　　導管　　２２　　圧力容器２４
　　入口ボート　　２６　　フロート弁　　２８　　セ
ンサー要素　　３０　　液位３４　　ノズル　　４０　
　貯蔵シリンダ４８　　拡散要素　　５２　　安全弁 ５４　　ガス空間　　５６　　液位　　５８　　気泡６
０　　出口　　６４　　給水弁　　６６　　コンテナ６
８　　ドレン　　７０　　ノズル装置１０６　　チョー
クライン　　３７２　　水リザーバＦＩＧ、Ｚ ４ら Ｌ訊匡」 〜 旦訊ユ」 ４ム ＬシどＬ玉 ムー匡ユ ム践ヱ」 ム践ユ」 １Ｚ″Ｌ ムーニー圧 ムーμ二Ｕ ＋１Ｑ １２１面の１７℃ １　；ｎ−３：　？、、　Ｚ 」嘔　１９ 手続ネ甫正書（方式） ％式％ ２、　発明の名称 低圧、高効率炭酸化装置及び方法 ４、代理人 ５、　補正命令の日付 昭和６３年９月２７日　　（発送臼） ６、　補正の対象 願書の特許出願人の欄、代理権を証明する書面、図面及
び法人証明書 ７、　補正の内容 （１）訂正願書１通を提出する

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　所定の容積の液体及びガスを収容するための圧力容
   器を含み、該圧力容器に対して二酸化炭素ガスを供給す
   るよう作動すべく該圧力容器へと連結されたガス供給源
   を含み；炭酸化された液体を給水するために前記圧力容
   器の内部へと連結された出口を含み、及び与圧下で炭酸
   化される液体を前記圧力容器へと供給するための液体源
   への接続部を含む炭酸化装置であって；流入する液体を
   前記圧力容器内における所定の液面に対して衝突するよ
   うに方向付けるよう配置された少なくとも一つの入口ノ
   ズルを備えた液体入口が前記圧力容器内側の液面よりも
   上方に配置されており；前記圧力容器内に所定液位の液
   体を維持するように液体源からの液体を制御するように
   液位センサーが連結されており；及び前記装置は前記圧
   力容器内側の液面より上方の空間から所定容積のガスを
   選択的に抜気することを特徴とする炭酸化装置。 ２　所定容積のガスは前記圧力容器からの炭酸化液体の
   給水の間に抜気されることを特徴とする、請求項１記載
   の炭酸化装置。 ３　前記圧力容器内側の液面より上方の空間からのガス
   は、液体入口を介して通過する液体の容積吸収の増加に
   応じて選択的に抜気されることを特徴とする、請求項１
   記載の炭酸化装置。 ４　前記圧力容器内側の液面より上方の空間からの所定
   容積のガスは、前記圧力容器内部の液位の変化に応じて
   抜気されることを特徴とする、請求項１記載の炭酸化装
   置。 ５　当該炭酸化装置は、炭酸化装置の圧力容器内での水
   への二酸化炭素ガスの容積吸収の減少に応じて、前記圧
   力容器内のガス空間からガスを抜気するよう作動すべく
   配置されていることを特徴とする、請求項１記載の炭酸
   化装置。 ６　前記出口は、前記圧力容器から給水される液体をさ
   らに炭酸化すべく、さらなる炭酸化装置と作動するよう
   連結されていることを特徴とする、請求項１から５の何
   れか一つに記載の炭酸化装置。 ７　給水される液体中の溶解していない気泡の数を増加
   させ且つその寸法を減少させるために前記出口へと連結
   され作動する装置を特徴とする、請求項１から６の何れ
   か一つに記載の炭酸化装置。 ８　前記液位センサーは実質的に完全に開放し又は完全
   に閉鎖した状態においてのみ作動するよう連結されて作
   動し、開放状態においては前記圧力容器内の所定液位以
   下の液位の場合に液体を流入せしめ、前記圧力容器内の
   所定液位以上の液位の場合に閉鎖状態において作動する
   ことを特徴とする、請求項１から７の何れか一つに記載
   の炭酸化装置。 ９　前記液体入口のノズルは、流入する液体を前記圧力
   容器内側の液面と衝突するように方向付けるために、実
   質的に下方へと向けられていることを特徴とする、請求
   項１から８の何れか一つに記載の炭酸化装置。 １０　前記圧力容器はプラスチック材料で形成されてお
   り、該容器を介しての気体の透過を禁するよう不通気性
   材料を含むことを特徴とする、請求項１から９の何れか
   一つに記載の炭酸化装置。 １１　前記液体入口のノズルは、１３８ｋＰａより少な
   い圧力降下で作動するよう形成されていることを特徴と
   する、請求項１から１０の何れか一つに記載の炭酸化装
   置。 １２　前記ノズルの出口は、前記圧力容器内の液面より
   も少なくとも５ｃｍ上方にあることを特徴とする、請求
   項１から１１の何れか一つに記載の炭酸化装置。 １３　前記プラスチック材料は、ナイロン、ポリオレフ
   ィン及びポリカーボネートからなり延性破壊を示す材料
   の群から選択された組成物を含み；前記不通気性材料は
   ポリビニリデンジクロライドの層を含むことを特徴とす
   る、請求項１０記載の炭酸化装置。 １４　内部に導管を含む閉じた液体リザーバが冷却雰囲
   気内に配置されており、前記圧力容器へと供給される液
   体について、液体源から前記接続部への該リザーバを介
   しての液体のプラグ流れを支持することを特徴とする、
   請求項１から１３の何れか一つに記載の炭酸化装置。 １５　液体コンテナと共に作動するよう前記出口に対し
   て連結され、前記炭酸化液体を該コンテナ内へと給水す
   る間にコンテナ内に配置されたある量のフレーバーシロ
   ップと共に該炭酸化液体を渦巻式に給水して混合する装
   置を特徴とする、請求項１から１４の何れか一つに記載
   の炭酸化装置。 １６　前記液体リザーバの辺りに配置され、該流体リザ
   ーバ内に収容された液体を冷却するために該リザーバと
   接触してある量の氷を収容するためのハウジングと；該
   ハウジングから水を除去するよう該ハウジングに連結さ
   れたドレンを特徴とする、請求項１５記載の炭酸化装置
   。 １７　前記圧力容器内の液体の上方からガスを抜気する
   よう圧力逃がし弁が配置されており、炭酸化される液体
   がほぼ６８９ｋＰａに選択された圧力レベルにおいて前
   記圧力容器へと供給され；ガスがほぼ５８６ｋＰａにお
   いて前記圧力容器へと供給され；及び前記圧力逃がし弁
   がガスを抜気する圧力がほぼ６５５ｋＰａであることを
   特徴とする、請求項１１記載の炭酸化装置。 １８　前記圧力容器及び液体リザーバ並びにハウジング
   は冷却機の冷却空間内に配置されており、該冷却機は蒸
   発器及び該蒸発器の直ぐ近傍に配置された液体リザーバ
   を含む機械的冷却装置を含み；前記ハウジングから前記
   液体リザーバへと水を供給するようにドレンが接続され
   ていることを特徴とする、請求項１５から１７の何れか
   一つに記載の炭酸化装置。 １９　前記ハウジング内への氷の導入を選択的に禁ずる
   ように前記液体リザーバ内の液位に応答するよう配置さ
   れたコントローラを特徴とする、請求項１８記載の炭酸
   化装置。 ２０　圧力容器から炭酸化液体を選択的に給水するため
   に、与圧化で炭酸化される液体及び与圧された二酸化炭
   素ガスを受容するよう接続された圧力容器内において液
   体を炭酸化するための方法であって、炭酸化される液体
   の容量は前記圧力容器内でのある所定の液面において液
   体の少なくとも一つの塊状流を差し向けることによって
   前記圧力容器内において選択的に補給され；与圧された
   二酸化炭素ガスは前記圧力容器内における圧力が所定の
   レベル以下に降下した場合に前記圧力容器内へと導入さ
   れ；及びある量のガスが前記圧力容器内の液体上方の空
   間から選択的に抜気されることを特徴とする方法。 ２１　炭酸化された液体が前記圧力容器から給水される
   毎に、該圧力容器内の液位より上方にある空間からある
   量のガスが選択的に抜気されることを特徴とする、請求
   項２０記載の方法。 ２２　前記圧力容器内の液体より上方の空間からのある
   量のガスは、補給の間に前記圧力容器へと流入する液体
   の容積吸収の変化に応じて抜気されることを特徴とする
   、請求項２１記載の方法。 ２３　前記圧力容器内の液体より上方の空間からのある
   量のガスは、前記圧力容器内の液位の変化に応じて抜気
   されることを特徴とする、請求項２１記載の方法。 ２４　前記前記圧力容器内の液体より上方の空間からの
   ある量のガスは、前記圧力容器から給水されている液体
   中において抜気されることを特徴とする、請求項２０か
   ら２３の何れか一つに記載の方法。 ２５　清涼飲料を調製するための方法であって、十分な
   容積の液体リザーバを通るプラグ流れの間に水が冷却さ
   れ、内部に所定の圧力レベルにある二酸化炭素を収容し
   ている圧力容器内へと与圧下に導入されること；及び炭
   酸水は所定量のフレーバーを収容しているコンテナ内に
   給水されて、該フレーバーと共に前記圧力容器から炭酸
   水が渦巻式に給水されることを特徴とする方法。 ２６　前記圧力容器から給水される液体が給水の間にさ
   らに炭酸化されることを特徴とする、請求項２０から２
   ５の何れか一つに記載の方法。 ２７　前記圧力容器から給水される液体中の溶解してい
   ない気泡の数を増加させまたその大きさを減少させるこ
   とを特徴とする、請求項２０から２６の何れか一つに記
   載の方法。