專利名稱：在簡單，方便易處置的封裝中的可控制的中壓二氧化碳氣體源的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種易于處置的利用化學反應劑產生二氧化碳氣體的二氧化碳氣體發生器。現有的二氧化碳氣瓶沉重，相對昂貴并且只能作為可回收的、可重新灌注的容器使用。因為這類氣瓶承受的壓力很高，所以在操作時必須十分小心謹慎。
隨著向小型化和用于軟飲料的家用分配器的發展趨勢，糖漿包裝一般都是一次性的，那么制造一次性二氧化碳封裝自然也具有一定吸引力。還有，對于某些現有的銷售渠道，例如超級市場，只有提供一次性封裝才能有效地打通。還有一種因素必須考慮到，即分配器的使用者們在操縱高壓氣瓶時有一種可理解的緊張情緒。現在已經有了一種高壓二氧化碳容器，它們一般含有約8克二氧化碳，但是價格昂貴，并且實用容積的極限約為16-20克。因此它們不能作為一種解決方案，因為這一數量勉強夠用于向2升飲料充碳酸氣，而要推動分配器中的飲料還需要可觀數量的另外的二氧化碳。
因此，便宜、輕巧、非高壓或壓力適中的二氧化碳封裝能提供一種全新的關于為非專業用戶設計的小型分配器的商業機會。
因此，本發明的主要目的是提供一種裝置，它能把必要的反應劑自動地混合到一定程度從而在預定壓力下產生氣體。
本發明的另一個目的是提供一種全自動的而且易于攜帶和運輸的氣體發生器。
本發明還有一個目的是提供一種易于處理的氣體發生器。
本發明再一個目的是提供一種非高壓的裝置，它可與一個外基準壓力源結合，使必要的反應劑混合到維持這一基準壓力所需的程度，來自動地產生氣體。
本發明還有一個目的是提供一種裝置，它可使飲料瓶的頭部空間在使用過程中維持預定的壓力。
本發明又一個目的是提供一種裝置，它可使液體容器中保持一定壓力，并且通過一個簡單的排放頭排出液體。
本發明又一個目的是提供一種結構簡單易處置的容器用排放頭。
本發明再有一個目的是提供一種適用于煙霧容器中維持頭部空間壓力的氣體發生器容器的結構。
本發明的解決方案包括使用一種物質如碳酸氫鈉，它與一種液體酸，如磷酸接觸產生二氧化碳。或者，使用碳酸氫鹽和固體酸，如檸檬酸的粉末混合物，然后只要加水就可放出二氧化碳。所使用的化學品可以是那些在飲料中常常含有的種類，以便不引起人們的擔心。因為當混合成液態時，化學品只產生氣壓，所以它們的包裝可以相對簡單些。
用化學法產生二氧化碳已為人所知，但至今為止其應用十分有限，因為沒有一種能在一種可控制的壓力(如1-8巴)下產生二氧化碳氣體的簡便易行的方法。按照本發明，提供了各種裝置，其中在一個系統中封裝了化學品，它能在預定壓力下釋放出二氧化碳。它能夠作到只有當二氧化碳氣體要被抽取時，藥品才發生反應，這樣使化學反應剛好滿足維持使用者所需壓力的需要。基本結論是，所用的化學混合物既可以是液態的，也可以是液-固態的，還可以是固態的，它可以被盛在相當簡單的只能承受中壓的塑料包裝中，或者依使用者的選擇，選用無壓力的干燥固體形式。這種包裝價格不貴，并且整個系統會使用戶感到簡單、方便。
還有，除了直接用于飲料分配外，這種方便的二氧化碳封裝在飲料及其它制品方面還有許多家庭用途。例如把封裝插入一個充碳酸氣的大飲料瓶中，當封瓶時就產生二氧化碳，這樣，直到飲用前容器的頭部空間始終保持一個二氧化碳氣體壓力。這樣，在整個消費期中可以使飲料保持新鮮，改進了較大包裝飲料的質量。這樣一種裝置可制成鉛筆型，在裝瓶過程中先于封蓋工序放入瓶內，而且要保證高的擱置壽命而不對瓶的包裝本身提出特殊的隔離要求。
把氣體發生器裝在簡單的排放頭中，這樣保持特大飲料瓶和其它產品瓶罐的頭部空間壓力，以便用戶簡單地按壓排放頭就可以排出液體。這樣將改進大液體容器的便利性。就充碳酸氣的飲料來說，使得銷售隨時可供使用的由一個大瓶、一個簡單的排放頭和一個二氧化碳發生器組成的“預混合”調配器成為可能。
在裝置中同時包括氣體發生器需要一種有推力的氣體，如煙霧劑。可控制的，二氧化碳低壓源的應用消除了一直存在的生產問題。現在的推進劑是處于沸點的液體，它必須是不可燃的并且沒有有害蒸汽。而目前使用的各種鹵代烴對人體的健康和環境等的作用很可疑，而二氧化碳既不可燃，而且對環境和人類也都沒有害處。
這里將敘述本發明二氧化碳氣體發生器的一些可能的形式，同時也參照上述的各種應用來敘述它的實施例。
一種通常被稱為“跳躍(kipps)裝置”的氣體發生器已經公知，但它只在剛高于大氣壓時產生氣體，而且不能運輸。現有的使用酸/碳酸氫化合物的其它系統又不便于操縱。本發明的系統能提供可運輸的、方便的中壓氣體。
從下面的詳細敘述中可看出本發明的進一步的應用范圍。然而，應該明白，當指明本發明的優選的實施例時所作的詳細說明中所舉的特例只是作為一種說明，因為熟悉本領域的技術人員從詳細說明中可以作出各種變化和改進，而這些變化或改進都未脫離本發明的精神和范圍。
通過下面的詳細解釋將對本發明有更深入的認識，但本發明并不局限于這些圖示。
圖1A到1C是正視簡圖，表示了本發明的氣體發生器的基本原理。
圖2A到2H表示本發明的氣體發生器的基本原理的各種情況的簡圖。
圖3A是本發明的氣體發生器的一個具體裝置的正剖面圖。
圖3B是圖3A中二氧化碳閥(V)的放大截面圖。
圖3C是從氣體發生器輸出二氧化碳的另一種裝置的截面圖。
圖3D是本發明的另一個裝置的正剖面圖。
圖3E是圖3D中“A”的局部放大圖。
圖3F是圖3D中閥Ⅵ的放大視圖。
圖3G表示了圖3D中閥Ⅵ的另一種結構形式。
圖3H表示了圖3D中閥Ⅵ的又一種結構形式。
圖3I表示了裝有圖3G和3H所示閥門的本發明的具體裝置。
圖3J和3K表示了本發明的其它具體裝置。
圖3L是只用于液體反應劑的本發明的實例。
圖3M表示了使用外部壓力源的本發明的具體裝置。
圖4A到4C顯示了插入到飲料瓶中的本發明的氣體發生器，圖4A是發生器的截面圖，圖4B是在瓶子中的發生器的局部剖視圖，圖4C是表示發生器和瓶子相對比例的簡圖。
圖5A到5C表示了在飲料瓶中使用本發明的氣體發生器，該飲料瓶帶有可用手打開的瓶蓋。
圖6A和6B顯示了本發明的氣體發生器用于煙霧容器中。以保持容器頭部空間所需壓力的情況。
基本原理示于圖1A到1C。首先，在圖1A中，一個預壓氣腔Ga壓迫反應劑Ra通過一個小孔So，當反應劑Ra一接觸到在低壓腔Gb中的反應劑Rb，即釋放二氧化碳氣體。反應劑Ra不斷地流向Gb腔，直到Gb腔的氣體壓力與Ga腔的氣體壓力相同為止。由于液體Ra的表面張力而使流動停止。當打開閥V放出氣體，為了達到壓力平衡，更多的反應劑Ra流入Gb腔。在Ga腔中的預定壓力作為一個基準，它控制著氣體壓力的產生，實際上是一個預壓記憶。其結果是，反應劑Ra和Rb的氣體成分只是在使用時才被釋放，系統的總壓力不會超過預定基準Ga，實際上系統總壓力就是用戶壓力，也就是可能的最低的系統壓力。這個系統是自動響應的，一次預封裝后，將在一個預定壓力下提供氣體，直至反應劑耗盡。使用者只需打開閥V。可以用普通材料封套此系統，因為這里只涉及較低的壓力。
至于反應劑，可以有多種選擇，反應劑Ra可以是普通的水，這時Rb應該是堿和酸的固體混合物(例如碳酸氫鈉和檸檬酸)。或者，Ra可以是酸溶液(例如磷酸)，而Rb是堿(比如碳酸氫鈉)，這樣對壓力的變化能產生較快的系統反應。為了得到對壓力變化能做出迅速響應的系統，Ra和Rb都可以是溶液，如圖1B所示的情況。
由氣壓腔Ga提供的壓力記憶可以由機械系統代替，如彈簧，如果在特殊應用中這樣做更方便的話(見圖1C)。在這種情況下氣體腔Ga由彈簧Sp和一個活塞或隔膜P、或其它類似的裝置代替。所有裝置都必須使孔So處產生恒定的所要求的壓力。
根據應用情況，在此基本原理上的變型是可能的，有些變型情況示于圖2A至2H。
例如，反應劑Ra和Rb可以允許達到平衡，這時，一旦Ga和Gb中的氣體壓力相等反應劑Ra就被推回到Ga腔中。當需要精確的平衡控制時，可以使用這一特性。在圖2A中，反應劑Ra流入反應劑Rb，直到氣體壓力Fg與Ga平衡，在這一時刻，反應劑Ra被壓力推回離開Rb，反應停止。
在圖2B中，同樣的效果是通過使用彈簧和類似的機械作用裝置來實現的，它帶有一個活塞或隔膜。以代替預置氣壓。在圖1C中，氣體在內部被推到裝置的頂部，這種型式可能在某些特定的應用中是重要的。
對于氣體出口最好是在系統頂部的應用系統，圖2E和2F表示了與圖2A、2B和2C具有相同原理的，但是反應劑位置是顛倒的例子。
在傳輸過程中，在圖2A、2B、2C、2E和2F中反應劑Ra的導管必須蓋上，并且在使用時打開。否則將發生反應劑不必要的混和。這可以通過安裝一個普通的閥來做到，當氣體發生器接通使用時這個閥被打開，安裝這樣閥V1的例子由圖2D給出。
或者，反應劑Rb可以吊掛并定位在兩個細篩中間，如圖2G所示。無論容器是水平放置還是垂直放置，反應劑Ra都不能觸到Rb，由于氣體出口管C的結構也不可能從氣體出口跑出。壓力腔Ga通過一個隔膜或活塞起作用，其中的氣體不會與Gb腔的氣體發生混合。這樣的容器在運輸中其系統不會受到影響，并且一旦打開閥V就可以使用。這種系統的另一種型式是使用彈簧，如圖2F所示。
可以運輸的系統的另一種形式示于圖2H，反應劑Rb被吊在兩個薄隔膜之間，通過一個小孔供給反應劑Ra。可以使用前述的任何一種把Ra加壓到預定水平的方法，或者可以使用一個預壓柔性袋，這個袋是配重的，以使它沉在容器的底部。柔性袋FP膨脹以保持壓力Gb。一旦Gb與Fp中的壓力平衡，反應劑Ra被推回到它自己的容腔，氣體發生作用停止。無論這一裝置處于顛倒的或水平的位置，只要在Fp中的壓力與Gb相等，表面張力就防止反應劑Ra漏到Rb上。
上述的幾種型式，只是表明了使用同樣基本原理的各種型式中的一些，根據用戶系統要求的類型，所有型式都有應用。
氣體空間Ga或柔性袋Fp的預壓力可以利用帶保護層的反應劑Rb小丸與反應劑Ra來產生。這樣這一空間(或柔性袋)可以在未加壓狀態下封閉，在封閉之后的一段時間里建立預壓力(這完全依賴于所使用的反應劑的數量)。慢速溶解，保護層可以例如是糖或其它在水中的慢速溶解介質。
另一種選擇是，預壓柔性袋中可以包含一種液體，要選擇這種液體的沸點，使其能在使用溫度下提供恒定的壓力。這樣的裝置可以更緊湊，因為只用氣體的預壓袋或預壓腔必須有一個較大的空間，以對付不希望的壓力變化。
根據已經敘述的原理的氣體發生器的一個實例，其結構是壓鑄塑料件，示于圖3A。其底部10包含一個柔性塑料袋12和一個配重14。利用已敘述過的方法，它被充滿帶保護層的反應劑Rb小丸和液體反應劑Ra，Rb與Ra是以適當比例配制的，只要在封閉之后一段時間保護層被溶解，便產生所需的壓力。反應劑Ra被充滿基段10。因為柔性袋12只是在較晚的時間才膨脹，基段10只是部分的充滿而且在裝配時沒有操作問題。中間段16也是壓鑄塑料，它包含一個在其底部的小孔18，一張圓形的濾紙20放在小孔18的上面蓋住整個底面，反應劑Rb以顆粒狀或粉狀倒注在濾紙上，一張薄的保持膜置于反應劑Rb上。頂段24也是壓鑄塑料。它用于壓住反應劑隔膜22。這三個部分以適當的方法溶接。在裝配之后的一段時間里，帶保護層的小丸在柔性袋中溶解，柔性袋膨脹，壓迫反應劑Ra通過小孔18到達反應劑Rb。一旦在空氣腔Gb中的氣體壓力上升到柔性袋12的預定壓力，反應劑Ra被排出到底腔，柔性袋受到適當壓縮。以后，每當氣體腔的壓力下降，柔性袋就再膨脹以使反應劑Ra與Rb相接觸，這樣就保持了供氣壓力。
氣體通過一個簡單的閥放出，如圖3B所示，或者可以使用如圖3C所示的簡單的導出裝置。這時，該裝置的頂部26被一個外部工具28在預定的破壞點27處穿透，而這一外部工具同時也封住了進口管道30，同一個破壞點27是該裝置的壓力保險圓片。
這一系統在氣體腔達到平衡壓力之后(裝配以后短時間內)就可以運輸，因為在小孔處的表面壓力阻止液體進入反應劑Rb的空間。
包含在圖2A至2H中所示的其它基本系統的類似的具體裝置在所述原理之下也是可行的。另一個具體裝置示于圖3D。在這里，預定壓力是由氣體腔Ga提供的，反應劑Ra被推入導管32升到Rb處。當Ga和Gb的壓力相等后，Ra沿導管32返回，下到自己的空腔，反應停止。為了運輸，在中心管32的底部可以用一個簡單的閥V1，或者如圖3G所示，中心管32可以在底部封閉，并且具有一個預定的破壞點34，在使用之前破壞點在底部的壓力作用下破壞。適當的壓力可以由旋轉外帽36獲得，外帽帶有一個壓力銷38。利用同一原理的另一種變型示于圖3H，這里中心管32有一個薄金屬封片39，當把管子壓向外部凸起物時封片39從底下被戳穿。(例如，在一個分配器中的在二氧化碳腔底部的凸起物)。圖3I表示了裝有在圖3G和3H中所示閥體的具體裝置。
圖3J和3K是根據所述原理的其它具體裝置，它們證明較易于在高速生產線上生產。圖3L是一個只使用液體反應劑作為Ra和Rb的系統的實例。由于在Ga腔底部的小孔上表面張力的作用，只要Ga和Gb的壓力一達到平衡，反應劑Ra的流動就停止。在使用時壓迫底部，使穿透管42穿破在Ga腔底部的密封薄膜44放出Ra。
如果這種裝置用于自動售貨機，它可以設計成反應劑Ra的必需壓力是從外部提供的，設計一個帶有全部附加的生產優點和運輸優點的無壓發生器是可能的。圖3M中所示的就是這種裝置。這里沒有已建立起來的壓力記憶，代替它的是一個簡單的波紋管46或薄膜或活塞。基準壓力是由一個外部壓力源提供的，這個外部壓力源是在使用這一發生器的裝置內，它壓縮波紋管46。此后發生器的作用過程就像已經敘述過的一樣。
氣體發生器可以設計成一個管狀，它被插入一個飲料瓶，只有當瓶關閉的時候才釋放氣體。在圖4A和4B中表示了這樣的實例。氣體發生器本身使用了上面所述原理中的一個，但是許多其它的原理也可以適用于這種應用。
這個管狀物是鉛筆形的，它可以通過普通的瓶口(見圖4C)。圖4A的管狀物是由與前述氣體發生器相同的四個部分組成一個包括反應劑Ra的基段，一個預壓袋，一個包括反應劑Rb的中段，一個頂段(在這里它位于瓶口處)最后是一個氣閥，它在這種情況下是在關閉壓力下打開的。中段有一個小孔，它凸出在反應劑Rb的表面之上。薄網或細篩擋住反應劑Rb，被壓在小孔的邊緣上，由小孔管外側的凸臺定位。直到當氣體腔的壓力與柔性袋的壓力達到平衡為止，反應劑Ra流到Rb上。一個簡單的壓鑄塑料閥V2被熔接在頂部，它在關閉的向下壓力下被打開。這種閥的實例示于圖4B，同時還顯示了把管狀物裝在飲料瓶口上的方式。這種閥有兩個壓鑄塑料件組成閥體和閥桿。閥桿位于氣體出口管中，其上熔接著許多爪，它們的作用如同彈簧。無論何時當向下的關閉壓力解除時，在氣體壓力協助下，這些彈簧幫助封閉閥，這樣，當瓶子打開時就沒有氣體跑出。
當瓶子再一次關閥時，氣體產生，并且充滿瓶子的頂部空間，直到其壓力與柔性袋壓力相等為止。
在瓶子的運輸過程中，氣閥是打開的，實際上在瓶子第一次蓋上以后，氣閥總是打開的。但是，沒有反應劑能進入飲料，因為在氣閥下的反應劑是粉狀的，其氣體出口管設計得不允許液體和固體跑出，而氣體壓力又幫助使液體處于系偷目占洹６遙蛭從潦褂昧艘閑偷某煞鄭怨蘢次锏男孤┎揮跋煲系陌踩謾 氣體發生器可用來維持飲料瓶(或其它流體容器)頭部空間的壓力和通過打開在汲管頭部的閥使飲料(或其它液體)能通過汲管排出。一個這樣的實施例示于圖5A、5B和5C。
氣體發生器容器示于圖5A。它包括一個裝有反應劑Ra和含有一個帶預壓力的柔性塑料袋的基段，一個盛有反應劑Rb并有一個小孔、濾紙和隔離膜的中段;和一個壓住隔離膜和帶氣體出口的頂段。當裝配氣體發生器時氣體出口被密封，充填后恰好在封帽之前管子被割破以開始釋放氣體。氣體以已敘述過的方式發生，以維持瓶子頭部空間的氣壓。
氣體發生器被支持在排放汲管上的支持環上，如圖5C所示。
排放頭的實例見圖5B，它包括五部分一個帽蓋段，它擰開瓶口螺紋上并與汲管連接，一個閥芯，一個運輸密封鎖環，一個彈簧和一個壓頭。帽蓋段包括一個出口。閥芯坐在帽蓋段基部的臺肩處。當其被壓下時打開液流。閥芯上模制了多個膜片，密封住帽蓋段頂部的孔以防止液體泄漏。彈簧把閥芯向上壓以使閥關閉。這一行為得到瓶內頭部空間壓力的協助。當彈簧被作用在排放頭上的向下的壓力壓縮時，閥打開，液體在頭部空間氣壓推動下流出。為了安全地運輸，密封鎖環向上壓住排放頭，確保閥關閉。使用者把它向下擰到停止就可以打開此環密封。這樣使排放頭恢復自由而能夠被使用。所有這五個排放頭部件都模塑制成。
上面敘述過的用于飲料分配器的容器也可用于保持煙霧劑中頭部氣壓。兩個這樣的例子示于圖6A和6B。它利用了已敘述過的原理。在煙霧劑就要被密封之前切開氣體出口管或用一個簡單的閥就可釋放出氣體，原理如圖4b所示，它用打開容器蓋的方法。
經過這樣敘述后，顯而易見，可以用許多方法加以變化。然而這些變化將不被認為脫離了本發明的精神和范圍，所有那些對于熟悉本領域的人員是顯而易見的改進都被認為已被包括在下述權利要求的范圍之內。
權利要求
1.一種在基本上高于大氣壓的預定壓力下用化學方法產生氣體并把氣體輸送到使用裝置的裝置，包括a)一個容器，盛放在該容器中的第一和第二反應劑之間的化學反應產生氣體；b)把該預定壓力作用到該第一反應劑的第一側以把該第一反應劑推向該第二反應劑的基準壓力裝置；c)在該容器內位于與該第一反應劑的作用有該預定壓力的該第一側相對的一側和該第二反應劑之間的氣體發生腔；d)與該氣體發生腔流體連通以便當“打開”時從腔中撤出氣體并在“關閉”時防止氣體流走的閥裝置；和e)當該腔中壓力低于由該基準壓力裝置建立在該第一反應劑上的壓力時允許該第一和第二反應劑互相混合并產生該氣體進入該氣體發生腔，并當該腔中的壓力等于或大于該預定壓力時使該第一和第二反應劑不混合的控制裝置；當在該預定壓力下保持“打開”時氣體的壓力通過該裝置撤掉。
2.按權利要求1的裝置，其中該基準壓力裝置包括一個充有該預定壓力的第二氣體的柔性袋，該袋與該第一反應劑的第一側接觸。
3.按權利要求2的裝置，其中的第二氣體是用該柔性袋中的附加反應劑的化學反應產生的。
4.按權利要求1的裝置，其中該基準壓力裝置是一個壓縮彈簧，它對該第一反應劑的該第一側有一作用力。
5.按權利要求1的裝置，其中的基準壓力裝置是一個充有等于該預定壓力的氣體的波紋管，該波紋管對該第一反應劑的該第一側有一作用力。
全文摘要
一種通過存放在同一容器中的兩種反應劑的化學反應化學地產生氣體的氣體發生器。反應劑通常被氣體發生腔隔離在容器的不同區域。當氣體發生腔的壓力低于預定壓力時，一個等于預定壓力的基準壓力源使兩種反應劑互相接觸。當氣體從腔中通過閥流出時，腔中氣壓力的下降使得反應劑更進一步混合。當腔中壓力等于或高于基準壓力源作用的預定壓力時，反應劑被再次分離并且停止發生氣體。
文檔編號B67D1/04GK1034676SQ88107100
公開日1989年8月16日 申請日期1988年10月15日 優先權日1987年10月15日
發明者喬治·普萊斯特 申請人:可口可樂公司