Химический способ создания давления

ХИМИЧЕСКИЙ СПОСОБ СОЗДАНИЯ ДАВЛЕНИЯ Весборг Стеэн, Расмуссен Ян Нрагер (DK) Настоящее изобретение относится к системе для создания давления химическим способом, где указанная система содержит контейнер и по меньшей мере два реагента, причм указанные по меньшей мере два реагента в результате создают давление, воздействующее на указанный контейнер. Изобретение относится также к способу химического создания давления в системе. 015074 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к системе для создания давления химическим способом, где указанная система включает контейнер и по меньшей мере два реагента, причем указанные по меньшей мере два реагента при реакции создают давление, воздействующее на указанный контейнер. Более конкретно, настоящее изобретение относится к созданию давления в камере давления в контейнере, таком как сосуд, бочонок, банка, банка для аэрозоля или бутылка, с помощью равновесной реакции, причм в этой реакции по одну сторону равновесия образуется газ, который позволяет контролировать создаваемое давление при предварительно определнной величине равновесного давления. Более конкретно, настоящее изобретение относится к системе для создания давления химическим способом,включающей камеру давления и контейнер, такой как сосуд, бочонок, банка, банка для аэрозоля или бутыль. Кроме того, настоящее изобретение относится к способу создания давления химическим способом в системе, соответствующей описанному выше. Предшествующий уровень техники В камерах давления имеется, конечно, необходимость в создании давления. Целей создания давления может быть несколько. Например, это может быть нужно при падении давления, когда увеличивается объм содержащей реагенты камеры давления, вследствие необходимости повышения давления в контейнерах, содержимое которых должно быть выпущено наружу, и, конечно, в некоторых случаях, когда содержимое контейнера нужно защитить, например, от воздуха. Повышение давления в камерах давления согласно уровню техники достигается с помощью внешних средств, создающих давление. Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить систему, которая способна создавать стабильное давление в имеющейся в контейнере камере давления без необходимости применения внешних средств, создающих давление. Сущность изобретения Задача настоящего изобретения решена с помощью системы для создания давления химическим способом, где указанная система включает контейнер и по меньшей мере два реагента, причм указанные по меньшей мере два реагента при реакции создают давление, воздействующее на указанный контейнер. Система может дополнительно содержать камеру давления, при этом в этой системе давление в камере давления создатся равновесной реакцией, в которой по одну сторону равновесия образуется газ,что поддерживает стабильное предварительно определнное равновесное давление. Указанным контейнером может быть, например, сосуд, бочонок, банка, банка для аэрозоля или бутылка, дозирующее устройство, трубка, поршень или цилиндр. Реакция согласно настоящему изобретению может поддерживать стабильное предварительно определнное равновесное давление. Если давление падает, например, в результате увеличения объма содержащей реагенты камеры, реакция сдвигается в сторону равновесия, тем самым вновь повышая давление до предварительно определнного уровня. Настоящее изобретение находит применение во всех контейнерах, в которых давление необходимо,чтобы выпускать наружу содержимое контейнера. Это включает применения для клея, вспенивающейся смолы, полиуретановой пены, мыла, косметики, фармацевтических средств, красок и др. Изобретение может быть по усмотрению применено для перемещения поршня. В качестве примера изобретение может быть использовано, например, в дезодорантах или других аэрозольных банках или бутылках или чтобы передать давление в другие контейнеры. Предпочтительными примерами последнего случая являются, например, системы "бочонок в бочонке" или "пакет в боксе", по усмотрению с двумя или более бочонками в бочонке или двумя или более пакетами в боксе, где по меньшей мере один контейнер помещн внутрь другого контейнера. Детальное описание изобретения Настоящее изобретение относится к системе для создания давления химическим способом, где указанная система включает контейнер и по меньшей мере два реагента, причм указанные по меньшей мере два реагента при реакции создают давление, воздействующее на указанный контейнер. Система может дополнительно содержать камеру давления, при этом в этой системе давление в камере давления создатся равновесной реакцией между по меньшей мере двумя реагентами в по меньшей мере одном контейнере, при этом по одну сторону равновесия этой реакции образуется газ, и при этом эта система поддерживает стабильное предварительно определнное равновесное давление. Уровень предварительно определнного давления может быть установлен в соответствии с потребностью. Другие параметры, как, например, температура содержимого контейнера и реагентов, могут быть подходящим образом выбраны в соответствии с создающей давление реакцией. Более того, согласно настоящему изобретению важно, чтобы равновесие было стабильным, чтобы избежать внезапных изменений давления. Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения система содержит более одного контейнера и реакция имеет место в одном из этих контейнеров. В этом случае повышение давления в контейнере, в котором происходит реакция, передатся одному из других контейнеров. Согласно конкретному варианту осуществления в этом случае система содержит два контейнера - как "бочонок в бочонке" или "пакет в боксе".-1 015074 Как уже упомянуто, контейнерами согласно настоящему изобретению являются, например, сосуды,бочонки, банки, банки для аэрозоля или бутылки. Предпочтительно, чтобы система включала внешний контейнер и внутренний контейнер, причм внутренний контейнер располагается внутри внешнего контейнера (например, в системе "бочонок в бочонке" или "пакет в боксе"), и где пространство между внутренним и внешним контейнерами представляет собой камеру давления. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения система является системой для розлива напитков. Эти напитки или содержимое контейнера представляют собой, например, соки, содовую воду,минеральную воду, безалкогольные напитки и лимонад. Реагенты и равновесная реакция согласно настоящему изобретению предпочтительно нетоксичны. Однако в конкретных вариантах осуществления изобретения они могут быть токсичными. Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения одним из реагентов является кислота, предпочтительно лимонная кислота. Возможны также другие кислоты, такие как уксусная кислота, жирные кислоты, коричная кислота, молочная кислота, яблочная кислота, рицинолеиновая кислота и винная кислота. Как правило, пригодны небольшие органические кислоты с pK, который регулируется буфером. Подходящими буферами являются, например, буферы с гидрофосфатом натрия, гидрофосфатом калия, борной кислотой, буфер с фталевой кислотой или другие. Предпочтительным образуемым газом согласно настоящему изобретению является CO2. Одной из предпочтительных равновесных реакций согласно настоящему изобретению является реакция: В этой реакции кислота (H+) и регуляция с помощью pH используются для контролирования и регуляции образования CO2. Это делает возможным регулировать создаваемое давление до необходимого уровня. Таким образом, согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения реагенты непрерывно вносят или вводят в контейнер, чтобы они могли непрерывно создавать давление и чтобы это создание давления можно было регулировать с помощью, например, клапана. Это один из вариантов осуществления способов согласно настоящему изобретению, но он никоим образом не является предпочтительным во всех случаях, то есть в других применениях согласно настоящему изобретению нет необходимости в таком непрерывном создании давления и создание и повышение давления как раз не является непрерывным. Следовательно, нет необходимости в непрерывном введении реагентов. В другом варианте осуществления изобретения камера давления содержит по меньшей мере два реагента, по меньшей мере по одному с каждой стороны перегородки, такой как мембрана, причм в мембране имеется клапан, позволяющий смешивать по меньшей мере два реагента. При смешивании реагентов реакция происходит, пока не установится равновесие. В этой реакции по одну сторону равновесия образуется газ, такой как CO2. Таким образом, смешивание реагентов может приводить к образованию газа, например, из тврдого вещества и таким путм вызывать повышение давления. Клапан может быть приведн в действие несколькими движущими силами, такими как давление, испытываемое одной или другой стороной клапана, температура или же механическим способом, таким как механическая обратная связь с другой частью системы, такой как датчик давления, или же он может быть приведн в действие в тот самый момент, когда содержимое контейнера высвобождается наружу. Скорость прохождения через клапан может быть точно отрегулирована до любого необходимого значения, чтобы контролировать создание давления. Например, можно пропускать один реагент через клапан к другому реагенту по каплям, достигая таким путм строго контролируемого и точного создания давления. В приведнных далее таблице и фиг. 1 а-1 в и 2 а-2 в в расчтах, относящихся к соотношению между давлением и pH, использован параметр , который представляет собой степень диссоциации кислоты как для системы фосфат/бикарбонат (фиг. 1), так и для системы слабая кислота/карбонат кальция(фиг. 2). В случае фосфата это относится только ко второй диссоциации H2PO4HPO4, и предполагается,что начальной точкой является добавление NaH2PO4. Можно, конечно, добавлять смесь NaH2PO4 иNa2HPO4, чтобы получить промежуточное значение pH, но это как раз эквивалентно тому, чтобы начинать с более высокого значения . Были использованы значения констант равновесия, взятые при молярной концентрации 3,5 М NaClO4, поэтому при расчтах принято во внимание, что система будет находиться при высокой ионной силе. Следует указать ключевой момент, что равновесное давление очень чувствительно к pH, так что изменение pH на 1 единицу эквивалентно более чем десятикратному изменению давления CO2. Например, можно достигнуть давления CO2 в 1-2 бар путм использования избытка буфера для поддержания давления в приемлемых пределах на основании только равновесия. Добавляя соль или повышая концен-2 015074 трацию, можно понизить абсолютное давление при данном значении pH, но чувствительность к pH сохраняется. Для системы карбоната кальция, проиллюстрированной на фиг. 2, чувствительность даже больше,преимущественно потому, что это двухвалентная соль и е растворимость много ниже Если регулирование давления с помощью только равновесия сочтут непрактичным вследствие необходимости использовать большое количество избыточного буфера, предпочтительно использовать такую химическую систему в сочетании с простым устройством регулирования давления по остаточному давлению. Это позволит доставлять газ при постоянном давлении, к примеру, в бочонок без избыточного объма или давления в генераторе. Можно использовать химическое равновесие для обеспечения, например, начального давления 10 бар и конечного давления 1 бар, что может потребовать 3-кратного стехиометрического избытка буфера. "Хранение" CO2 в форме тврдого бикарбоната ограничивает таким путм необходимое абсолютное давление. Кроме того, настоящее изобретение может быть также использовано в сочетании с системой, содержащей клапан для создания давления химическим способом, где реакция используется для создания давления в камере давления в контейнере, причем создание давления может быть использовано как вспомогательное средство для получения охлаждения в результате механической работы. В этом сочетании процесс охлаждения может быть остановлен, когда не создается давления, то охлаждение производится одновременно с появлением потребности (в той или иной степени). Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один из контейнеров снабжают клапаном для создания давления химическим способом, и реакцией является реакция, которая генерирует газ и таким путем повышает давление в контейнере с постоянным объемом. Иными словами, контейнер или система контейнеров, используемые в соответствии с настоящим изобретением, может быть снабжена клапаном для создания давления химическим способом, который позволяет контролировать и даже регулировать возможное повышение давления от реакции, которая генерирует газ. Таким образом, производимую механическую работу за счет повышения создаваемого давления можно контролировать и регулировать и, следовательно, можно также контролировать, регулировать и делать непрерывным охлаждающий перенос энергии настолько долго, насколько реагенты могут реагировать друг с другом. Одно из конкретных осуществлений нестоящего изобретения, где охлаждение достигается путем использования клапана для создания давления химическим способом, более детально объяснено далее. Согласно этому варианту осуществления изобретения используется система для создания давления химическим способом, содержащая по меньшей мере один контейнер, такой как сосуд, бочонок, банка,банка для аэрозоля или бутылка, имеющая камеру давления, клапан, содержимое и дополнительно по меньшей мере два реагента, причм в этой системе давление в камере давления создатся равновесной реакцией между по меньшей мере двумя реагентами по меньшей мере в одном контейнере, при этом такая реакция по одну сторону равновесия образует газ, и эта система поддерживает стабильное предварительно определнное равновесное давление клапаном путм контролируемого введения газа в камеру давления, что позволяет контролировать создаваемое давление на уровне предварительно определнного равновесного давления. Предварительно определнный уровень давления может быть установлен согласно необходимости предпочтительно путм регулирования pH в равновесной реакции. Другие параметры, как, например, температура содержимого контейнера и реагентов, могут быть подходящим образом выбраны в соответствии с реакцией, создающей давления. Кроме того, согласно настоящему изобретению важно, чтобы равновесие было стабильным, чтобы избежать внезапных изменений давления. Используемая согласно настоящему изобретению реакция поддерживает стабильное предварительно определнное равновесное давление. Если давление падает, например, в результате увеличения объма содержащей реагенты камеры, реакция сдвигается в сторону равновесия, таким путм вновь повышая давление до предварительно определнного уровня. Данный вариант осуществления изобретения находит применение во всех системах, где желательно прилагать давление к одному контейнеру от другого контейнера, где происходит реакция. Примерами таких систем являются системы "бочонок в бочонке" и "пакет в боксе". Конечно, такие системы, как правило, находят также применение в контейнерах, в которых необходимо постоянное давление, чтобы выпускать наружу содержимое контейнера, например в случае дезодорантов или различных видов аэрозольных банок или бутылок для распыления и т.д. Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения реакцией, где генерируется газ и, следовательно, создатся повышение давления, является реакция В этой реакции кислота (H+) и регуляция с помощью pH необходимы, чтобы можно было контролировать и регулировать количество получаемого CO2 с помощью клапана согласно настоящему изобретению. Это делает возможным регулировать создаваемое давление до необходимого уровня и, следова-5 015074 тельно, также и уровень механической работы и возможную подлежащую переносу энергию охлаждения. Одной из важных вещей в этом смысле является использование реакций, имеющих стабильное равновесие, чтобы избежать внезапных изменений давления. Настоящее изобретение относится также к способу охлаждения содержимого системы, которая содержит по меньшей мере один контейнер, где по меньшей мере два реагента, исключенные из содержимого, реагируют друг с другом по меньшей мере в одном контейнере путм эндотермической реакции,которая дат указанному контейнеру охлаждающую энергию. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения реакцией в указанном выше способе является реакция, которая генерирует газ и, следовательно, повышает давление в постоянном объме по меньшей мере одного контейнера, причм это повышение давления вследствие этого производит механическую работу, используемую для охлаждения. Предпочтительно, чтобы контейнер, в котором происходит генерирующая газ реакция, был снабжн в этом случае клапаном для создания давления химическим способом, который используется для контролирования охлаждения. Хотя изложенное выше изобретение было описано в связи с предпочтительными вариантами осуществления изобретения, для специалиста в данной области будет очевидно, что возможны некоторые модификации без выхода за пределы охвата настоящего изобретения, как определено в последующей формуле изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ создания давления в системе, содержащей контейнер и по меньшей мере одну камеру давления, включающий проведение равновесной реакции между по меньшей мере двумя реагентами,один из которых является кислотой, а второй - карбонатной солью, в результате которой по одну сторону равновесия образуется углекислый газ, создающий давление, отличающийся тем, что для поддержания стабильного предварительно определнного равновесного давления в камере давления поддерживают стабильное значение pH путем добавления буфера для регулирования равновесия химической реакции. 2. Способ по п.1, где по меньшей мере один контейнер представляет собой сосуд, бочонок, банку,аэрозольную банку или бутылку. 3. Способ по п.1 или 2, где система включает внешний контейнер и внутренний контейнер, причм внутренний контейнер расположен внутри внешнего контейнера, например система "бочонок в бочонке" или "пакет в боксе", и пространство между внутренним и внешним контейнерами представляет собой камеру давления. 4. Способ по любому из пп.1-3, где система представляет собой систему для розлива напитков. 5. Способ по п.4, где содержимое по меньшей мере одного контейнера или напитки выбраны из группы, состоящей из пива, сока, содовой воды, минеральной воды, безалкогольных напитков и лимонада. 6. Способ по п.1, где кислота представляет собой лимонную кислоту. 7. Способ по п.1, где кислота выбрана из группы, состоящей из уксусной кислоты, жирных кислот,коричной кислоты, молочной кислоты, яблочной кислоты, рицинолеиновой кислоты и винной кислоты. 8. Способ по любому из пп.1-7, где по меньшей мере два реагента и продукты равновесной реакции нетоксичны. 9. Способ по любому из пп.1-8, где равновесной реакцией является следующая реакция: 10. Способ по любому из пп.1-9, где указанные два реагента вводят в систему непрерывно. 11. Способ по любому из пп.1-10, где по меньшей мере один из контейнеров снабжн клапаном для создания давления химическим способом, который используют для контролирования охлаждения.