用于饮料的气体夹带系统的制作方法

背景技术：

碳酸饮料诸如苏打水受到许多消费者的喜爱。当在餐厅中获得饮料时，通常使用苏打水喷泉分配器而不是单份罐。在苏打水喷泉分配器内，可使用不同的技术将co2气体添加到液体中。一个当前实践是将液体分散成小液滴并将这些液滴喷洒到气体环境中。co2气体随后被吸收到液体中以使饮料碳酸化。

技术实现要素：

使用水滴分散系统添加co2限于单一设定的co2含量。这些系统不允许将变化且可控量的co2添加到饮料中。它们的主要优点是成本，它们价格低廉。

液-气接触器，诸如以liqui-cel^tm品牌名销售的那些，可用于实现对液体饮料中夹带的二氧化碳的量的精确控制，并且易于调节添加到饮料中的co2的量。制造商变得越来越在意其饮料质量，并且希望饮料诸如苏打水具有相同量的夹带二氧化碳，无论是以单份容器由制造商提供还是从餐厅中的典型苏打水喷泉分配器获得。当前的co2水滴方法通常不能获得与制造商提供的将苏打水包装在瓶或罐中时相同的co2含量。另外，不同的苏打水在其被包装在瓶或罐中时由其制造商规定为具有不同含量的二氧化碳。无论所分配的苏打水风味或品牌如何，当前的苏打水喷泉分配器只能提供相同含量的二氧化碳。因此，需要一种二氧化碳夹带系统，其可精确地控制夹带的二氧化碳的含量并且在分配不同品牌或风味的苏打水时可易于改变以提供不同的二氧化碳含量。

使用液-气接触器将co2添加到液体中时，夹带的co2气体含量易于改变。co2含量通过气体在穿过多孔中空纤维膜传送期间直接扩散到液体中来控制。选择多孔中空纤维膜中的孔径，使得液体不穿过膜壁。

在一个实施方案中，当使用液-气接触器向液体中添加co2时，接触器的气体侧压被设定为接触器的液体侧压或低于接触器的液体侧压，以防止向液体中引入大气泡。因此，接触器优选在co2气体供应压力等于或低于可能出现的最低供应管线水压的情况下工作。当分配苏打水时，供应管线水压可骤然下降，从而显著限制了允许的co2气体供应压力，这随后降低了液体中的最大co2含量。对于在所分配的苏打水中获得一致含量的co2而言，变化的供应管线水压通常是问题。

本发明人发现了通过将气覆液储液器(gasoverliquidaccumulator)添加到接触器的供水系统来应对变化的供应管线水压问题的解决方案。储液器向接触器提供一致的供应管线压力；甚至在分配苏打水期间也是如此。储液器还使得对接触器的供水压力能够显著增加至超过市政的标称供水管线压力。这能够对接触器的气体侧使用显著更高的co2气体压力，从而使得碳酸饮料中夹带更高含量的co2。使用气覆液储液器无需增压泵即可提高供水管线压力，从而得到更经济的系统。

为了容易地改变和调整饮料中夹带的co2含量，可使用可变压力调节器来调整供应给接触器的co2的压力。为了分配具有不同co2含量的苏打水，可从共用的供应储液器为多个接触器供应液体，其中以不同的压力向每个接触器馈送co2气体。另选地，可使用以电子方式控制的压力调节器来调节供应气体压力以响应用户的饮料选择。

附图说明

图1示出了系统的一个实施方案。

图2示出了系统的第二实施方案。

图3示出了系统的第三实施方案。

图4示出了系统的第四实施方案。

图5示出了对于如实施例1中测试的系统，溶解的co2(以ppm为单位)与接触器的co2入口压力的曲线图。

图6示出了对于如实施例2中测试的系统，co2转移效率与运行时间。

具体实施方式

在整个该文档中，以一个范围格式表达的值应当以灵活的方式解释为不仅包括作为范围的极限明确列举的数值而且还包括涵盖在该范围内的所有单个数值或子范围，如同明确列举了每个数值和子范围一样。例如，范围″约0.1％至约5％″或″约0.1％至5％″应当解释为不仅包括约0.1％至约5％，而且还包括在指示范围内的单个值(例如，1％、2％、3％、和4％)和子范围(例如，0.1％至0.5％、1.1％至2.2％、3.3％至4.4％)。除非另外指明，否则表述″约x至y″具有与″约x至约y″相同的含义。同样，除非另外指明，否则表述″约x、y或约z″具有与″约x、约y或约z″相同的含义。

在该文档中，除非上下文清楚地指明，否则术语″一个″、″一种″或″该/所述″用于包括一个(种)或多于一个(种)。除非另外指明，否则术语″或″用于指非排他性的″或″。表述″a和b中的至少一者″或″a或b中的至少一者″具有与″a、b或者a和b″相同的含义。此外，应当理解，本文所用且未以其他方式定义的措辞或术语仅出于说明的目的而不具有限制性。部分标题的任何使用均旨在有助于文档的理解且不应当解释为是限制性的；与部分标题相关的信息可在该特定部分内或外出现。

如本文所用，术语″约″可允许例如数值或范围的一定程度的可变性，例如在所述值或所述范围极限的10％内、5％内或1％内，并且包括确切表述的值或范围。

如本文所用，术语″基本上″是指大部分或大多数，如至少约50％、60％、70％、80％、90％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％、99.9％、99.99％、或至少约99.999％或更多、或100％。本文所用的术语″基本上不含″可意为没有或具有微不足道的量使得所存在的材料量不影响包含该材料的组合物的材料性能，使得组合物含有约0重量％至约5重量％的材料，或约0重量％至约1重量％，或约5重量％或更少，或少于、等于或多于约4.5重量％、4重量％、3.5重量％、3重量％、2.5重量％、2重量％、1.5重量％、1重量％、0.9重量％、0.8重量％、0.7重量％、0.6重量％、0.5重量％、0.4重量％、0.3重量％、0.2重量％、0.1重量％、0.01重量％，或约0.001重量％或更少。术语″基本上不含″可意为具有微不足道的数量的材料，使得组合物含有约0重量％至约5重量％的材料，或约0重量％至约1重量％，或约5重量％或更少，或少于、等于或多于约4.5重量％、4重量％、3.5重量％、3重量％、2.5重量％、2重量％、1.5重量％、1重量％、0.9重量％、0.8重量％、0.7重量％、0.6重量％、0.5重量％、0.4重量％、0.3重量％、0.2重量％、0.1重量％、0.01重量％，或约0.001重量％或更少，或约0重量％。

现在参见图1，示出了用于液体的气体夹带系统100。该系统包括储液器110，该储液器具有低于水高度的供水入口120、高于水位的通向顶部空间的供气入口130、通向顶部空间中大气的排气口140、以及用于监测水高度的任选液位传感器150。储液器为具有容纳液体诸如水的额定压力壳体的气覆水储液器。液-气接触器160位于储液器110的内部。接触器包括壳体内的中空纤维多孔膜束和一端上的供气入口170、相对端上的供气出口180、一端上的液体入口190和相对端上的液体出口200。虽然该构型可反向，但气体通常被供应到中空纤维的管腔并流过中空纤维的管腔，并且液体被馈送到容纳中空纤维的壳体的内部腔室中并在中空纤维的外表面上方流动。圆柱形外部壳体以及在每个端部上具有各种流体端口的集管保持气流和液流分离，使得气体转移仅通过中空纤维膜的壁发生。供气入口170和液体出口200均延伸穿过储液器的壁210。液体入口190设置在储液器中的水的高度220下方，并且接触器气体出口180将气体排放到储液器中(尽管它可以延伸并将气体排放到储液器的外部)。

在该实施方案中，使用五个阀来控制系统。标记为230的阀1连接到压缩气体源诸如co2，并且用于将可变压力p1施加到储液器110中的水位上方的顶部空间240。气体压力升高储液器内部的压力p1并且增大馈送到接触器入口190的水压。标记为240的阀2是通向大气的压力排放口，其在用水填充储液器100时打开以减小或消除储液器内部的压力，使得该压力小于进水供给管线压力。标记为250的阀3连接到供水系统，并且用于用水填充储液器至内部水的工作高度220。阀1、阀2和阀3可为手动操作的简单的四分之一转球阀，或者它们可由控制器使用来自液位传感器150的反馈进行螺线管操作和控制，以自动地保持储液器中水位的恒定高度220。在一些实施方案中，阀3(250)可为简单的止回阀，其将在阀2(240)排气时填充储液器。在一些实施方案中，压力调节器235可位于阀1(230)的上游以保持顶部空间240中的恒定压力p1。然后当通过阀2(240)使储液器排气时，阀1(230)用于隔离压力调节器。

标记为270的阀4连接到加压气体源诸如co2，并且用于将可变压力p2施加到接触器的气体入口170。在一些实施方案中，压力调节器275可位于阀4的上游以保持接触器的气体入口170的恒定压力p2。标记为280的阀5是压力排放口，在一些实施方案中可打开以使接触器的气体出口180排气。接触器160可在″闭端″模式或吹扫气体模式下工作。虽然手动阀可用于所有位置，但可能是有利的是阀和压力调节器由控制器260以电子方式控制和操作以容易地调节液体出口200处夹带的碳酸化水平，如图1所示。

在该实施方案中，接触器160设置在储液器110内部。储液器内部的水位可用作热浴并且可控制液-气接触器的温度。降低液体温度将增加接触器液体出口200处的气体扩散和气体浓度。可采用合适的制冷系统来冷却储液器内部的液体并且将其保持在设定温度下。

该构型还具有将气体排放到储液器中的接触器气体出口180。在一个实施方案中，接触器以闭端模式工作，并且偶尔气体出口180排气以提高工作效率，稍后将对此进行描述。排气到储液器中提供了使接触器排气到封闭环境中的简单方式，并且可用于帮助将储液器的内部加压到顶部空间的所需压力p1。

通过打开阀3(250)并使顶部空间的气体排放穿过打开的阀2(240)来从供水系统填充储液器。阀1(230)在该操作期间是闭合的。在水已达到工作高度h之后，闭合阀2和阀3(240，250)。通过打开阀1(230)并建立通常高于供水压力的压头p1对储液器加压。如所提及的，来自阀1的上游压力调节器235可用于保持顶部空间中的固定压力p1。液体随后进入接触器液体入口190(在接触器液体入口浸没于水中的底部处进入)，穿过接触器内部，并且然后在接触器顶部的附近离开接触器液体出口200。液体接触多孔中空纤维膜束的外表面，并且液体在与中空纤维接触时由于供应到中空纤维内部的加压co2而经受气体扩散。扩散受亨利定律约束，并且取决于压力和温度。产物液体夹带有co2气体，并且将在200处离开接触器，并且可被供应到分配阀(未示出)或苏打水喷泉以与苏打水糖浆浓缩物混合。

改变气体入口170处接触器气体侧的压力将改变产物液体中的溶解co2浓度。如所提及的，来自阀4(270)的上游可变压力调节器275可用于调节接触器气体入口170处的压力p2。产物中的特定目标气体浓度通过将接触器气体侧压力设定为目标值来实现。

阀5(280)用于使接触器气体侧排气。由于中空纤维是多孔的，亨利定律也将导致来自供应液体的任何溶解气体诸如氧气被传送到中空纤维的管腔中。这可降低接触器将所需的夹带气体供应到液体中的表观效率。液体蒸汽也可跨中空纤维膜传送到气体侧。如果接触器气体侧在阀5(280)打开(吹扫模式)的情况下连续排气，则传送气体和液体蒸汽将不会聚积。在该模式下，气体出口180将延伸穿过储液器的壁210以将气体排放到大气中。如果接触器不是连续排气的(闭端模式)，则不期望的气体和液体蒸汽将在接触器的加压气体侧建立平衡浓度。这降低了接触器气体侧产物气体的总浓度，并且将减少产物液体中的溶解气体。消除或减少该问题的一种方式是通过短暂且间歇地打开阀5(280)来使用接触器气体出口180的间歇排气(类似于打嗝)。打开阀5(280)将聚积的气体排放到储液器中，并且以间歇时间表操作阀5(280)将防止不期望的气体聚积。为了防止液体回流到接触器气体侧，当顶部空间压力p1低于接触器的供应气体压力p2时，打开阀5(280)。如果需要，可使用阀2(240)或压力调节器235上的较低设定点来减小顶部空间压力p1。

现在参见图2，示出了用于液体的气体夹带系统100。该系统包括储液器110，该储液器具有低于水位的供水入口120、低于水位的供水出口125、高于水位的通向顶部空间的供气入口130、通向顶部空间中大气的排气口140、以及用于监测水位高度的任选液位传感器150。储液器为具有容纳液体诸如水的额定压力壳体的气覆水储液器。

在该实施方案中，液-气接触器160不位于储液器110的内部。管道205将储液器的出水口125连接到接触器的进水口190。接触器包括壳体内的中空纤维多孔膜束和一端上的供气入口170、相对端上的供气出口180、一端上的液体入口190和相对端上的液体出口200。虽然该构型可反向，但气体通常被供应到中空纤维的管腔并流过中空纤维的管腔，并且液体被馈送到容纳中空纤维的壳体的内部腔室中并在中空纤维的外表面上方流动。圆柱形外部壳体以及在每个端部上具有各种流体端口的集管保持气流和液流分离，使得气体转移仅通过中空纤维膜的壁发生。接触器的气体出口180将气体排放到大气中。

在该实施方案中，使用五个阀来控制系统。标记为230的阀1连接到压缩气体源，并且用于将可变压力p1施加到储液器110中的水高度220上方的顶部空间240。压力p1升高储液器内部的压力并且增大馈送到接触器入口190的水压。标记为240的阀2是压力排放口，其在用水填充储液器100时打开以减小或消除储液器内部的压力，使得该压力小于进水供给管线压力。标记为250的阀3连接到建筑物供水系统，并且用于用水填充储液器至内部水的工作高度220。阀1、阀2和阀3可为手动操作的简单的四分之一转球阀，或者它们可由控制器使用来自液位传感器150的反馈进行螺线管操作和控制，以自动地保持储液器中水位的恒定高度220。在一些实施方案中，压力调节器235可位于阀1(230)的上游以保持顶部空间240中的恒定压力p1。然后当通过阀2(250)使储液器排气时，阀1(230)用于隔离压力调节器。在一些实施方案中，阀3(250)可为止回阀。

标记为270的阀4连接到加压气体源，并且用于将可变压力p2施加到接触器的气体入口170。在一些实施方案中，压力调节器275可位于阀4的上游以保持接触器的气体入口170的恒定压力p2。标记为280的阀5是压力排放口，在一些模式下可打开以使接触器的气体出口180排气。接触器160可在″闭端″模式或吹扫气体模式下工作。虽然手动阀可用于所有位置，但所有阀和压力调节器可由如图1所示的控制器260以电子方式控制和操作以在液体出口200中保持设定的碳酸化水平。

通过打开阀3(250)并使顶部空间的气体排放穿过打开的阀2(240)来从供水系统填充储液器。阀1(230)在该操作期间是闭合的。在水已达到工作高度h之后，闭合阀2和阀3(240，250)。通过打开阀1(230)并建立通常高于供水压力的压头p1对储液器加压。如所提及的，来自阀1(230)的上游压力调节器235可用于保持顶部空间中的压力p1。液体随后进入接触器液体入口190并穿过接触器内部，并且然后在接触器顶部的附近离开接触器液体出口200。液体接触多孔中空纤维膜束的外表面，并且液体在与中空纤维接触时由于供应到中空纤维内部的加压co2而经受气体扩散。扩散受亨利定律约束。当接触器气体侧被加压时，co2气体将传送穿过中空纤维膜并扩散到液体中。具有溶解气体的产物液体将离开接触器并且可被供应到分配阀(未示出)。

改变接触器气体侧的压力将改变产物液体中的溶解气体浓度。阀4(270)用于改变接触器气体侧压力。如所提及的，来自阀4(270)的上游压力调节器275可用于改变接触器气体入口170处的压力p2。产物中的特定目标气体浓度通过将接触器气体侧压力设定为目标值来实现。

阀5(280)用于使接触器气体侧排气。由于中空纤维是多孔的，亨利定律也将导致来自供应液体的任何溶解气体诸如氧气被传送到中空纤维的管腔中。这可降低接触器将所需的夹带气体供应到液体中的效率。液体蒸汽也将跨中空纤维膜传送到气体侧。如果接触器气体侧在阀5(280)打开(吹扫模式)的情况下连续排气，则传送气体和液体蒸汽将不会聚积：然而，这可使用显著更多的co2，从而增加工作成本。如果接触器是非排气的(闭端模式)，则不期望的气体和液体蒸汽将在接触器的加压气体侧建立平衡浓度。这降低了接触器气体侧产物气体的总浓度，并且将减少产物液体中的溶解气体。消除或减少该问题的一种方式是通过短暂且间歇地打开阀5(280)来使用接触器气体出口180的间歇排气(类似于打嗝)。

现在参见图3，示出了用于液体的气体夹带系统100。该系统包括储液器110，该储液器具有低于水位的供水入口120、低于水位的供水出口125、高于水位的通向顶部空间的供气入口130、通向顶部空间中大气的排气口140、用于将顶部空间与液体分离的隔膜或活塞145、以及用于监测水位高度的任选液位传感器150。储液器为具有容纳液体诸如水的额定压力壳体的气覆水储液器。隔膜或活塞用于将对储液器加压的co2气体与供应水隔离。该构型防止顶部空间气体扩散到储液器液体中，并且由于该现象，可减小所分配产物水中的夹带co2波动。

在该实施方案中，液-气接触器160不位于储液器110的内部。管道205将储液器的出水口125连接到接触器的进水口190。接触器包括壳体内的中空纤维多孔膜束和一端上的供气入口170、相对端上的供气出口180、一端上的液体入口190和相对端上的液体出口200。虽然该构型可反向，但气体通常被供应到中空纤维的管腔并流过中空纤维的管腔，并且液体被馈送到容纳中空纤维的壳体的内部腔室中并在中空纤维的外表面上方流动。圆柱形外部壳体以及在每个端部上具有各种流体端口的集管保持气流和液流分离，使得气体转移仅通过中空纤维膜的壁发生。接触器的气体出口180将气体排放到大气中。

在该实施方案中，使用五个阀来控制系统。标记为230的阀1连接到压缩气体源，并且用于将可变压力p1施加到储液器110中的顶部空间240。压力p1升高储液器内部的压力并且增大馈送到接触器入口190的水压。标记为240的阀2是压力排放口，其在用水填充储液器100时打开以减小或消除储液器内部的压力，使得该压力小于进水供给管线压力。标记为250的阀3连接到建筑物供水系统，并且用于用水填充储液器。阀1、阀2和阀3可为手动操作的简单的四分之一转球阀，或者它们可由控制器进行螺线管操作和控制。在一些实施方案中，阀3(250)可为止回阀。在一些实施方案中，压力调节器235可位于阀1的上游以保持顶部空间240中的恒定压力p1。然后当通过阀2(240)使储液器排气时，阀1(230)用于隔离压力调节器。

标记为270的阀4连接到加压气体源，并且用于将可变压力p2施加到接触器的气体入口170。在一些实施方案中，压力调节器275可位于阀4(270)的上游以改变接触器的气体入口170的压力p2。标记为280的阀5是压力排放口，在一些模式下可打开以使接触器的气体出口180排气。接触器160可在″闭端″模式或吹扫气体模式下工作。虽然手动阀可用于所有位置，但在一些实施方案中，阀和压力调节器由如图1所示的控制器260以电子方式控制和操作以容易地调节液体出口200中的碳酸化水平。

通过打开阀3(250)并使顶部空间的气体排放穿过打开的阀2(240)来从供水系统填充储液器。阀1(230)在该操作期间是闭合的。在水已达到工作高度h之后，闭合阀2和阀3(240，250)。通过打开阀1(230)并建立通常高于供水压力的压头p1对储液器加压。如所提及的，来自阀1(230)的上游压力调节器235可用于保持顶部空间中的固定压力p1。液体随后进入接触器液体入口190并穿过接触器内部，并且然后在接触器顶部的附近离开接触器液体出口200。液体接触多孔中空纤维膜束的外表面，并且液体在与中空纤维接触时由于供应到中空纤维内部的加压co2而经受气体扩散。扩散受亨利定律约束。当接触器气体侧被加压时，co2气体将传送穿过中空纤维膜并扩散到液体中。具有溶解气体的产物液体将离开接触器并且可被供应到分配阀。

改变接触器气体侧的压力将改变产物液体中的溶解气体浓度。如所提及的，来自阀4(270)的上游压力调节器275可用于改变接触器气体入口170处的压力p2。产物中的特定目标气体浓度通过将接触器气体侧压力设定为目标值来实现。

阀5(280)用于使接触器气体侧排气。由于中空纤维是多孔的，亨利定律也将导致来自供应液体的任何溶解气体诸如氧气被传送到中空纤维的管腔中。这可降低接触器将所需的夹带气体供应到液体中的效率。液体蒸汽也将跨中空纤维膜传送到气体侧。如果接触器气体侧在阀5(280)打开(吹扫模式)的情况下连续排气，则传送气体和液体蒸汽将不会聚积：然而，这可使用显著更多的co2，从而增加工作成本。如果接触器是非排气的(闭端模式)，则不期望的气体和液体蒸汽将在接触器的加压气体侧建立平衡浓度。这降低了接触器气体侧产物气体的总浓度，并且将减少产物液体中的溶解气体。消除或减少该问题的一种方式是通过短暂且间歇地打开阀5(280)来使用接触器气体出口180的间歇排气(类似于打嗝)。

现在参见图4，示出了用于液体的气体夹带系统100。该系统包括储液器110，该储液器具有低于水位的供水入口120、高于水位的通向顶部空间240的供气入口130、通向顶部空间中大气的排气口140、将顶部空间与液体分离的隔膜或活塞145、以及用于监测水位高度的任选液位传感器150以及低于水位220的液体出口200。储液器为具有容纳液体诸如水的额定压力壳体的气覆水储液器。隔膜或活塞用于将对储液器加压的co2气体与供应水隔离。该构型防止顶部空间气体扩散到储液器液体中，并且由于该现象，可减小所分配产物水中的夹带co2波动。

接触器160包括中空纤维多孔膜束、一端上的供气入口170和相对端上的供气出口180以及集管210，集管包括端口并且将co2气体引导至中空纤维的内部，同时将它们与储液器中的液体隔离。在该构型中，取消了接触器的外部壳体，使得中空纤维束浸没并直接暴露于水工作高度220之下的水，这样将不再需要接触器的液体入口190和液体出口200。co2气体被供应到中空纤维的管腔并流过中空纤维的管腔，并且储液器中的液体与中空纤维接触并随着从液体出口200分配液体而在中空纤维的外表面上方流动。接触器的气体出口180将气体排放到储液器中或可延伸以将气体排放到大气。

因为接触器不再具有外部壳体，所以液体在储液器220下方的整个体积都处于碳酸化状态并且变成从液体出口200流出的产物水。因此，可能希望将储液器体积的大小设定成更小，使得更快地达到平衡夹带气体含量。另外，可能希望添加混合、搅拌、再循环管线，或用于使储液器中的水循环通过储液器中的中空膜的其他装置。

在该实施方案中，使用五个阀来控制系统。标记为230的阀1连接到压缩气体源，并且用于将可变压力p1施加到储液器110中的水位上方的顶部空间240。压力p1升高储液器内部的压力并且增大馈送到接触器入口190的水压。标记为240的阀2是压力排放口，其在用水填充储液器100时打开以减小或消除储液器内部的压力，使得该压力小于进水供给管线压力。标记为250的阀3连接到建筑物供水系统，并且用于用水填充储液器至内部水的工作高度220。阀1、阀2和阀3可为手动操作的简单的四分之一转球阀，或者它们可由控制器使用来自液位传感器150的反馈进行螺线管操作和控制，以自动地保持储液器中水位的恒定高度220。在一些实施方案中，阀3(250)可为用于填充操作的止回阀。在一些实施方案中，压力调节器235可位于阀1(230)的上游以保持顶部空间240中的恒定压力p1。然后当通过阀2(240)使储液器排气时，阀1(230)用于隔离压力调节器。

标记为270的阀4连接到加压气体源，并且用于将可变压力p2施加到接触器的气体入口170。在一些实施方案中，压力调节器275可位于阀4(270)的上游以改变接触器的气体入口170的压力p2。标记为280的阀5是压力排放口，在一些模式下可打开以使接触器的气体出口180排气。接触器160可在″闭端″模式或吹扫气体模式下工作。虽然手动阀可用于所有位置，但在一些实施方案中，阀和压力调节器由控制器260以电子方式控制和操作以改变液体出口200中的碳酸化水平。

在该实施方案中，接触器160设置在储液器110内部。储液器内部的水位可用作热浴并且可控制液-气接触器的温度。降低液体温度将增加液体出口200处的溶解气体浓度。可采用合适的制冷系统来冷却储液器内部的液体并且将其保持在设定温度下。

该构型还具有将气体排放到储液器中的接触器气体出口180。接触器通常以闭端模式工作并且偶尔排气以提高工作效率。排气到储液器中提供了使接触器排气到封闭环境中的简单方式，并且可用于帮助将储液器的内部加压到顶部空间的所需压力p1。

通过打开阀3(250)(或使用止回阀)并使顶部空间的气体排放穿过打开的阀2(240)来从供水系统填充储液器。阀1(230)在该操作期间是闭合的。在水已达到工作高度h之后，闭合阀2和阀3(240，250)。通过打开阀1并建立通常高于供水压力的压头p1对储液器加压。如所提及的，来自阀1(230)的上游压力调节器235可用于保持顶部空间中的固定压力p1。液体接触多孔中空纤维膜束的外表面，并且液体在与中空纤维接触时由于供应到中空纤维内部的加压co2而经受气体扩散。液体从液体出口200离开储液器。扩散受亨利定律约束。当接触器气体侧被加压时，co2气体将传送穿过中空纤维膜并扩散到液体中。具有溶解气体的产物液体将离开接触器并且可被供应到分配阀。

改变接触器气体侧的压力将改变产物液体中的溶解气体浓度。阀4(270)用于改变接触器气体侧压力。如所提及的，来自阀4(270)的上游压力调节器275可用于改变接触器气体入口170处的接触器气体侧压力p2。产物中的特定目标气体浓度通过将接触器气体侧压力设定为目标值来实现。

阀5(280)用于使接触器气体侧排气。由于中空纤维是多孔的，亨利定律也将导致来自供应液体的任何溶解气体诸如氧气被传送到中空纤维的管腔中。这可降低接触器将所需的夹带气体供应到液体中的效率。液体蒸汽也将跨中空纤维膜传送到气体侧。如果接触器气体侧在阀5(280)打开(吹扫模式)的情况下连续排气，则传送气体和液体蒸汽将不会聚积。在该模式下，气体出口180将延伸穿过储液器的壁220以将气体排放到大气中。如果接触器是非排气的(闭端模式)，则不期望的气体和液体蒸汽将在接触器的加压气体侧建立平衡浓度。这降低了接触器气体侧产物气体的总浓度，并且将减少产物液体中的溶解气体。消除或减少该问题的一种方式是通过短暂且间歇地打开阀5(280)来使用接触器气体出口180的间歇排气(类似于打嗝)。打开阀5(280)将聚积的气体排放到储液器中，并且以间歇时间表操作阀将防止不期望的气体聚积。为了防止液体回流到接触器气体侧，当顶部空间压力p1低于接触器的供应气体压力p2时，打开阀5(280)。如果需要，可使用阀2(240)或压力调节器来减小顶部空间压力p1。

在附图的各种实施方案中，合适的阀和压力调节器包括：手动阀和压力调节器、ac/dc操作的电磁阀、机动球阀、电子压力调节器和parkerpar15系列可编程空气调节阀。

在附图的各种实施方案中，合适的储液器和接触器包括：由各制造商制造的大约1升至8升储液器或更大的储液器(具有或不具有内膜或活塞)以及由3m制造的3mliquicel^tmminimodule^tmg800接触器。

在附图的各种实施方案中，合适的控制器包括：可编程逻辑控制器、计算机或电路板上的专用逻辑电路。

在附图的各种实施方案中，顶部空间压力p1为30psi至150psi、或40psi至100psi、或45psi至80psi、或50psi至60psi。在各种实施方案中，接触器供应气体压力p2为20psi至145psi、或25psi至135psi、或30psi至125psi、或35psi至110psi。在各种实施方案中，接触器的液体供给温度为33°f至90°f、或33°f至60°f、或33°f至38°f。在各种实施方案中，通过接触器的液体流速为0.5oz/秒至约10.5oz/秒、或0.8oz/秒至8oz/秒、或1oz/秒至4oz/秒。在各种实施方案中，接触器排气处的阀5的排气每2小时、每4小时、每6小时或每8小时进行5秒至10秒。在各种实施方案中，接触器出口200处的溶解气体浓度为1000ppm至15,000ppm、或2,000ppm至13,000ppm、或3000ppm至11,000ppm。

上述系统不限于将co2溶解于水中。其他气体可溶解于热的或冷的其他液体中。例如，氮气可溶解于咖啡中。

本公开的选择实施方案

实施方案1.一种用于将气体添加到液体中的系统，所述系统包括：

气覆液储液器，所述气覆液储液器具有带有顶部空间的内部体积、液位、储液器液体入口、储液器气体入口，以及连接到所述顶部空间的储液器气体出口；

接触器，所述接触器具有接触器气体入口和接触器气体出口；

第一气体供应源，所述第一气体供应源连接到所述储液器气体入口；

第二气体供应源，所述第二气体供应源连接到所述接触器气体入口；

液体供应源，所述液体供应源连接到所述储液器液体入口；以及

第一阀，所述第一阀设置在所述第一气体供应源与所述储液器气体入口之间；第二阀，所述第二阀连接到所述储液器气体出口；第三阀，所述第三阀设置在所述液体供应源与所述储液器液体入口之间；第四阀，所述第四阀设置在所述接触器气体入口与所述第二气体供应源之间；以及第五阀，所述第五阀连接到所述接触器气体出口。

实施方案2.根据实施方案1所述的系统，其中接触器在气覆液储液器的内部体积中。

实施方案3.根据实施方案2所述的系统，其中接触器包括位于壳体内部的中空纤维多孔膜束，该壳体具有接触器供气入口、接触器供气出口、浸没在液位以下的接触器液体入口、以及接触器液体出口。

实施方案4.根据实施方案2所述的系统，其中接触器包括中空纤维多孔膜束并且不具有外部壳体，使得中空纤维多孔膜束浸没在液位以下并且暴露于内部体积中的液体。

实施方案5.根据实施方案1、2、3或4所述的系统，所述系统包括位于内部体积中的隔膜或活塞，该隔膜或活塞将顶部空间与液位隔开。

实施方案6.根据任一前述实施方案所述的系统，其中接触器气体出口将气体排放到内部体积中。

实施方案7.根据任一前述实施方案所述的系统，其中接触器气体出口将气体排放到大气中。

实施方案8.根据任一前述实施方案所述的系统，所述系统包括向控制器发送信号的液位传感器，并且控制器以电子方式致动第一阀、第二阀、第三阀、第四阀和第五阀。

实施方案9.根据任一前述实施方案所述的系统，所述系统包括位于第一气体供应源与第一阀之间的第一压力调节器，以及位于第二气体供应源与第四阀之间的第二压力调节器。

实施方案10.根据实施方案9所述的系统，所述系统包括向控制器发送信号的液位传感器，并且控制器以电子方式致动第一阀、第二阀、第三阀、第四阀和第五阀、第一压力调节器和第二压力调节器。

实施方案11.根据权利要求1所述的系统，其中所述气覆液储液器包括储液器液体出口，并且所述接触器包括位于壳体内部的中空纤维多孔膜束，所述壳体具有所述接触器供气入口、所述接触器供气出口、连接到所述储液器液体出口的接触器液体入口、以及接触器液体出口。

实施方案12.根据实施方案11所述的系统，所述系统包括位于内部体积中的隔膜或活塞，该隔膜或活塞将顶部空间与液位隔开。

实施方案13.根据实施方案11或12所述的系统，其中接触器气体出口将气体排放到内部体积中。

实施方案14.根据实施方案11或12所述的系统，其中接触器气体出口将气体排放到大气中。

实施方案15.根据实施方案11、12、13或14所述的系统，所述系统包括向控制器发送信号的液位传感器，并且控制器以电子方式致动第一阀、第二阀、第三阀、第四阀和第五阀。

实施方案16.根据实施方案11、12、13、14和15所述的系统，所述系统包括位于第一气体供应源与第一阀之间的第一压力调节器，以及位于第二气体供应源与第四阀之间的第二压力调节器。

实施方案17.根据实施方案16所述的系统，所述系统包括向控制器发送信号的液位传感器，并且控制器以电子方式致动第一阀、第二阀、第三阀、第四阀和第五阀、第一压力调节器和第二压力调节器。

实施方案18.一种向液体饮料中添加气体的方法，所述方法包括：

向气覆液储液器提供第一气体供应源，所述第一气体供应源连接到储液器气体入口；

提供具有中空纤维多孔膜束的接触器，所述接触器具有连接到所述中空纤维膜的管腔上的第二气体供应源；

利用所述第一气体供应源将所述气覆液储液器内部的压力升高到30psi至150psi之间的压力p1；

使所述中空纤维膜束的外表面与加压至p1的液体接触；

使供应给所述管腔的所述第二气体供应源的压力p2在20psi至145psi之间变化；以及

将所述第二气体供应源中的一些夹带到所述液体中，以达到介于1，000ppm至15，000ppm之间的溶解气体浓度。

实施方案19.根据实施方案18所述的方法，其中接触器大部分时间以闭端模式工作，并且p2压力间歇地排放。

实施方案20.根据实施方案19所述的系统，其中所述接触器将气体排放到气覆液储液器的内部体积中。

实施例

本公开的对象和优点通过下面的非限制性示例进一步说明。然而，这些实施例中所提到的具体材料及其量以及其它条件和细节，不应被解释为是对本公开的不当限制。

实施例1

完成一系列测试，通过改变接触器co2气体压力来改变产物co2浓度。通过3mliqui-cel^tm接触器(extraflow4x13，x40膜，5.4m2膜表面积)处理具有可变管线压力的水贮存器，以三种不同的流速(3加仑/分钟、7加仑/分钟、10加仑/分钟)将co2气体扩散到水中。供给水处于70psig压力下并且冷却至3℃。

测试结果汇总于图5中。对于特定的水流速，通过控制接触器co2气体侧压力(x轴输入)来改变产物co2浓度(y轴响应)。当使用35psig至75psig的co2气体输入压力时，观察到3000ppm至8000ppm的co2浓度。

如图1所示，通过控制由阀1供应的co2在储液器中建立70psig的水压。可将压力调节器设定在70psig，并且根据需要增大或减小。碳酸水流由该顶部空间气体压力从储液器驱动，并且在液体出口管线200中的下游(使用点-pou)分配阀被激活时发生。在接触器中生成具有特定溶解co2气体含量的产物水。随着水穿过液体/气体接触器，水接触中空纤维膜表面。co2通过中空纤维膜从接触器气体侧传送至液体侧。co2根据亨利定律的原理扩散到产物水中。产物水中扩散的co2含量由阀4处的接触器co2气体侧压力确定。离开接触器的产物水具有特定的co2浓度，并且准备就绪用于pou混合分配。

在操作期间，储液器中的水耗尽并且必须间歇地再填充。这通过以下方式来实现：闭合阀1并打开阀2以使顶部空间排气并将压力降至供水管线压力(例如40psig)以下，打开阀3以用供水管线(例如40psig)重新填充贮存器，闭合阀3并打开阀1以重新建立70psig的顶部压力。为了提供适于分配的一致液体流，储液器的液体体积的大小被设计成足够大以满足目标需求，而无需在饮料分配期间进行再填充。

实施例2

完成测试，展示在吹扫模式与闭端模式下操作接触器气体侧。在操作期间，由于分压差，气体被传送通过接触器中的可渗透中空纤维膜。气体将从气体侧传送到液体侧，但来自液体侧的溶解气体也将传送到气体侧。如果允许达到平衡，则传送到接触器气体侧的溶解液态气体将降低存在的其他气体的分压。在气体侧处于吹扫模式下操作接触器(排气)防止这些气体聚积。溶解气体浓度和观察到的转移效率较高，因为离开液体侧并转移到气体侧的溶解气体将不会聚积，达到平衡，并且降低存在的其他气体的浓度。接触器气体侧中的co2分压最大化，并且观察到的产物co2浓度更高。针对处理条件(特定于t和p)计算得出的转移效率将更高。防止不需要的气体聚积的另选方法是使接触器气体侧间歇地排气并且释放这些气体。这将使气体转移效率回到更高的水平。如果气体侧接触器在无排气流的闭端模式下工作，则转移到接触器气体侧的液体中的溶解气体将聚积并且降低co2浓度。因此，产物co2将更低。汇总于图6中的数据支持该观察。